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PA6在塑料-金属复合材料中优势对比及汽车前端模块应用分析


随着全球汽车制造技术向模块化、集成化、轻量化方向发展,前端模块在汽车上的应用范围和应用数量在逐渐增加,所以汽车上通常使用塑料前端模块以支撑整车的轻量化、低油耗、低排放。


前端模块,简称FEM,是集成汽车前端零部件的系统零件,主要通过专门的骨架,集成诸如机舱锁、散热器、冷凝器、中冷器、防撞梁、缓冲块、传感器、前大灯、保险杠甚至翼子板等零件。塑料前端模块的出现实现了主体部件的一体化。


前端模块对材料的要求主要是力学性能和耐温性能。近年来 ,金属一塑料复合而成的前端模块得到越来越多的汽车厂家的青睐,究其原因,是其综合了钢材和塑料的优点,性能与成本得到很好的平衡。以复合结构的前端模块常用的复合(钢一PA6)为例 ,这两种材料复合前后的优点如下图:

图源  上海汽车集团股份有限公司技术中心设计研究


PA6,又称聚酰胺6或尼龙6,具有较高的抗张强度、良好的抗冲击性能、优异的耐磨性能、耐化学性能和较低的摩擦系数,通过玻璃纤维改性、矿物填充改性、添加阻燃剂,可以使其综合性能更加优异,主要用于汽车工业和电子电器领域。


福特Kuga SUV的高度集成的前端模块支撑件采用了塑料-金属复合材料生产。塑料部分,福特Kuga SUV的前端模块采用了朗盛生产的具有高流动特性的玻璃纤维增强PA6:Durethan BKV30H2.0EF。支撑件和完全组装的前端模块则是由总部位于德国莫斯巴赫的汽车行业的全球系统供应商Montaplast GmbH开发生产。

                        

通常具有易流动特性的热塑性塑料比同等标准材料贵一些,但是在加工、生产成本和设计自由度方面会更有优势。福特Kuga SUV的高度集成的前端模块支撑件中可以看出这一点。


朗盛混合设计专家Ulrich Dajek解释说:“我们的高流动性PA6可以在较低的注射压力下进行加工。因此,可以在混合材料支撑件的生产中使用具有较小夹紧力的小型注塑机,节省机器的运行成本,并在机器选择和生产计划方面提供更大的灵活性。”


前端模块支撑件解析及材料性能要求


福特Kuga SUV的前端模块支撑件包含一个可主动控制的单元,由四个主动式格栅百叶窗组成,可确保按需求向发动机冷却系统供应空气。支撑件在侧面和上弦杆中包含增强金属插件,后者可容纳高负荷的引擎盖插销。

                       

塑料-金属混合技术的主要任务是支撑冷却系统并将其固定在适当的位置。支撑件中还集成了许多其他功能,例如导轨、调节驱动器支架和紧固件。“我们的开发工程师已成功集成了这些元素、功能和接口,从而满足了功能和负载要求。与此同时,他们确保了整个前端模块可以以经济高效的方式,采用自动化的大批量生产工艺,在不同区域以特定的版本生产。”Montaplast产品开发团队负责人Horst-Dieter Haltrich说道。



PA6在塑料-金属复合材料中的优势


作为塑料-金属混合支撑件的塑料组件材料,PA6与可替代材料聚丙烯(PP)相比,优点主要有:

  • 该组件包含多个直接螺纹连接,这些螺纹连接与使用其他金属插件相比,在成本上更具优势。与PP相比,使用PA6设计的螺纹连接更稳定,使用寿命更长,更可靠。

  • 与PP相比,它可以承受关闭格栅百叶窗时产生的热负荷。

  • 由于PA6的高流动性,可以设计出具有细丝几何形状的组件区域,使其壁更薄。


“在较低负荷的区域,可以将壁厚减少约20%。与具有相同玻璃纤维含量的标准PA6相比,可以显著减轻重量,” Dajek说道。由于较低的填充压力,高流动材料的另一个好处是可以生产出应力较小的组件,从而最大程度地减少了变形。


文章来源:朗盛官网,艾邦编辑整理
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