以塑代鋼促進汽車輕量化的新機遇——高性能聚合物在汽車中的應用

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摘要：隨著私家車的普及，我國的汽車工業獲得了迅速的發展。然而在這個過程中汽車尾氣帶來的空氣污染和石油能源的迅速消耗也成為了困擾我國汽車工業的重要問題。高性能聚合物在汽車中的應用促進了汽車輕量化的進程，以塑代鋼成為了降低汽車油耗、節能減排的一個重要措施。

關鍵詞：以塑代鋼；汽車輕量化；高性能聚合物

Abstract：The application of high performance polymer in automobile which is improving the process of lightweight of Automobile.The important measure of plastic instead of steel is reducing the fuel and energy conservation and emission reduction.Keywords：Plastic instead of steel；Lightweight of Automobile；High performance polymer

在汽車制造業中，汽車油耗的降低能夠達到減排節能的效果。以塑代鋼被視為促進汽車輕量化的有效途徑。隨著高性能聚合物的汽車中的廣泛應用，為汽車的以塑代鋼創造了新的機遇。新型的高性能聚合物具有良好的性能，能夠促進汽車輕量化的發展。

1.以塑代鋼促進汽車輕量化的發展歷程

以塑代鋼是促進汽車輕量化的一個有效途徑，正是由于汽車工業發展的過程中帶來的污染問題和能耗問題，要求減少每臺車的油耗，從而達到節能減排的目的。日系汽車普遍使用了以塑代鋼的輕量化設計，在每臺車中都有超過200千克的塑料用量，從而有效地降低了汽車的油耗。

然而在以塑代鋼的發展進程中，也出現了一些問題。常用的塑料品種主要是五大工程塑料和通用塑料的聚烯烴。然而汽車發動機周圍部位具有較高的溫度，對零部件的強度要求較大，這兩種傳統的塑料品種的性能顯然無法滿足使用的需求。

2.高性能聚合物在汽車中的應用

2.1高性能聚合物的發展

由于新型武器、航天航空等領域的發展，五大工程塑料和傳統通用塑料的使用性能無法滿足發展的需要。歐美公司開始研究和開發高性能高分子材料。至上世紀八十年代，實現產業化的高性能高分子材料已經超過十個品種，也就是所謂的第三代高分子材料，包括高性能聚合物材料和特種工程塑料[1]。

高性能聚合物等特點主要表現在以下幾個方面：①與傳統的五大工程塑料和通用塑料相比，在性能方面有了大幅度的提高。高性能聚合物具有良好的熱性能，其使用溫度能夠達到150℃至250℃，因此也被稱為耐高溫材料。與此同時還具有良好的力學性能，拉伸強度較高。②高性能聚合物的價格遠高于五大工程塑料和通用塑料。五大工程塑料每噸的價格約為2萬元至3萬元，特種工程塑料每噸的價格均價10萬元以上。③還沒有形成較大的市場規模。

2.2我國的高性能聚合物的發展和應用

由于高性能聚合物是美蘇冷戰的產物，長期以來被列為戰略物資，我國引進高性能聚合物受到了阻礙，只能轉向于獨立自主研發。我國的研究所和高校在上世紀七十年代開始了對高性能聚合物的研發，對國外的幾個高性能聚合物進行了研究，并取得了突破性的進展。從研究領域上來說，我國的高性能聚合物的研發與國外先進水平的差距已經逐漸縮小。但是，在高性能聚合物的產業化發展上，我國仍然處于落后階段。

2.3高性能聚合物啟動了新一輪的以塑代鋼

在汽車輕量化的發展歷程中，使用五大工程塑料和通用塑料的以塑代鋼曾經取得了良好的節能減排效果，然而受到了這些塑料材料的力學性能和耐熱性能的限制，以塑代鋼的步伐放緩。高性能聚合物在汽車中的應用推動了以塑代鋼的進程，使以塑代鋼促進汽車輕量化有了新的發展機遇。

①聚醚醚酮，也被稱為PEEK，是英國Victrex公司于1981年開發的一種高性能聚合物，并對其進行了商品化。聚醚醚酮也是當前在汽車應用中使用得最廣泛的一種高性能聚合物。

②聚醚砜，也被稱為PES。聚醚砜在零下100℃至190℃的溫度范圍內的應用比較廣泛，其具有耐柴油、耐汽油、高溫抗蠕變性、良好的尺寸穩定性和剛性。當前主要的聚醚砜制品有止推環、霧燈反射鏡、發動機齒輪汽化器線圈骨架、點火器噪音消除器、機動軸軸瓦、軸承保持架等等。

③聚苯硫醚，又被稱為PPS。聚苯硫醚是當前應用范圍最廣、生產規模最大的一種高性能聚合物，其具有比較低廉的造價。

3.以聚醚醚酮為代表的高性能聚合物在汽車中的應用和發展

聚醚醚酮是一種具有優異的綜合性能的高性能聚合物，產生于八十年代初。40%以上的聚醚醚酮都應用于汽車生產，具有優異的綜合性能。首先，聚醚醚酮具有很高的耐熱等級，熱變形溫度超過310℃，UL溫度超過250℃。其次，聚醚醚酮較高的耐化學腐蝕性。第三，聚醚醚酮具有很高的強度和耐磨系數。最后，聚醚醚酮具有良好的阻燃性，而且燃燒時也不會產生有毒氣體。

3.1聚醚醚酮在我國的發展

改革開放以來，我國對以聚醚醚酮為代表的高性能聚合物進行了自主研發，并取得了一定的進展。八五計劃時我國已經開始了小批量的聚醚醚酮產品的生產。我國也成為了擁有聚醚醚酮獨立自主知識產權的國家。然而由于各種原因，這項知識產權最終被德國公司所收購。我國今后的聚醚醚酮開發和發展方向就是推動市場規模的擴大，降低成本。

3.2我國在聚醚醚酮代表的高性能聚合物的研發領域取得的進展

①新的容器路線的開辟。使用了二苯砜這種非極性水不溶性溶劑，從而起到了降低成本、節能減排的物質，減少了中間工序，縮短了精制工序的時間。在生產聚醚醚酮的過程中也無需使用易燃易爆的有機溶劑，降低了生產過程中的危險性。

②新的單體原料路線的開辟。我國在借鑒現有的單體合成路線的基礎上，開發出了耐熱等級更高的新品種，從而降低了原料成本，有利于進一步降低聚醚醚酮的售價，在汽車輕量化中更加廣泛的使用聚醚醚酮，積極開拓聚醚醚酮市場，推動以塑代鋼的進程。

4.結語

以塑代鋼能夠有效的降低汽車的油耗，減少汽車行駛過程中排除的污染物含量，是汽車工業發展的一個重要的領域。然而受到傳統的塑料材料的使用性能的影響，以塑代鋼促進汽車輕量化的步伐出現了停滯。我們可喜的看到，高性能聚合物的開發以及在汽車工業中的廣泛應用，給了以塑代鋼一個新的發展契機。

參考文獻：

[1] 王建宏，韓艷茹.以設計牽動汽車輕量化技術的發展——訪中國汽車工程學會產業研究院運行總監王智文 [J].金屬加工（熱加工）.2012（05）