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汽车发动机周边为何钟情高温尼龙│工程塑料创新应用系列(二)

个世纪末因电子、电机零件、汽车零件的塑料化,对尼龙的性能以及在耐高温方面提出了更高的要求。1990年帝斯曼(DSM)首次将高耐温尼龙(PA46)实现产业化,填补了在通用工程塑料(如聚酰胺6、聚酰胺66、聚酯)以及超高性能材料(如LCP、聚砜和PEEK)之间的空白,拉开了高温尼龙研发应用的序幕。

 

高流动玻纤增强高温尼龙PPA是倍受人们关注的新品种之一,也是发展最快、性价比最高的新材料之一。以高温尼龙PPA为基体的玻纤增强高温尼龙复合材料,易于制造高精度耐高温高强度产品。特别对于汽车发动机周边产品,需要应对日趋苛刻的老化要求,高温尼龙已经逐渐成为汽车发动机周边材料的不二之选。高温尼龙有何独特之处?

 

优越的机械强度

 

高温尼龙与传统脂肪族尼龙(PA6/PA66)相比优势比较明显,主要体现在产品的基本力学性能以及它的耐热性能,从基本的机械强度相比,高温尼龙在同等玻纤含量的前提下,比传统脂肪族尼龙要高20%,可为汽车提供更多轻量化解决方案。例如PPA 30%GF 拉伸可以做到230MPa,而传统脂肪族尼龙的拉伸强度在190MPa。



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采用高温尼龙制成的汽车恒温壳体。

 

超高的热老化性能

 

对于热变形温度1.82MPa的前提下,高温尼龙30%玻纤增强可以达到280℃,而传统脂肪族PA66 30%GF大概在255℃。虽然脂肪族尼龙通过改性可以提高材料的热老化性能,但是当产品的要求提高到200℃的时候,传统脂肪族尼龙已经很难满足产品的要求,特别是发动机周边产品长期处在一个高温高湿的环境下,并且还要承受机械油类的腐蚀,而高温尼龙其特殊的苯环结构给予了它自身的耐高温特点。

 

优异的尺寸稳定性

 

传统脂肪族尼龙由于酰胺基团的比例高,因此脂肪族尼龙的吸水率比较高,饱和吸水率可以达到5%,导致产品的尺寸稳定性非常低,对于一些高精度产品是非常不适合的,而高温尼龙中酰胺基团的比例降低,吸水率也是普通脂肪族尼龙的二分之一,尺寸稳定性更优越。

 

优异的耐化学性

 

由于汽车发动机周边产品经常要与化学试剂接触,因此对材料的耐化学性提出更高的要求,特别是汽油、冷冻液等化学品的腐蚀性对脂肪族聚酰胺具有明显的腐蚀效果,而高温尼龙特殊的化学结构弥补了这一缺点,因此高温尼龙的出现使得发动机的使用环境又上升了一个档次。



采用高温尼龙制成的汽车气缸罩盖。


汽车工业应用

 

由于PPA能提供超过270℃的热变形温度,因此它是一个适用于汽车、机械、电子/电气工业中耐热制件的理想工程塑料。同时,对于在短期高温下必须保持结构完整性的制件,PPA也是理想的选择。

 

以汽车工业应用为例,由于汽车工业要求提高安全、舒适和电机管理,要求更长的保用期和使用寿命以及要求解决发动机区域温度过高问题,耐热塑料正在很快地替代传统的工程塑料。

 

特别是对应于在汽车行业CO2排放量的削减、耗油量的改进等环境问题的解决方法就是提高发动机的燃烧温度,使燃油充分燃烧,这样势必会提高发动机室内温度,提高所有塑料材料的耐热要求。


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采用高温尼龙制成的汽车发动机罩盖。


同时发动机附近的燃料系统、排气系统、冷却系统等金属部件的塑料化,已经被为实现回收利用的热固性树脂所取代,对材料的要求就更为严格。以前的通用工程塑料的耐热性、耐久性、耐药品性已达不到要求。

 

此外,高温尼龙系列还保持众所周知的塑料优点,即易加工、修整,易于实现复杂的功能集成零部件的自由设计,并且能减低重量和降低噪音及耐腐蚀。

 

由于高温尼龙能承受高强度、高负载、耐高温等恶劣环境下工作,因此非常适合于发动机区域(如发动机盖、开关和连接器)以及传动系统(如轴承保持架)、空气系统(如排气控制系统)和进气装置等部位的应用。

 

总之,高温尼龙的优异特性能够给用户带许多益处,而且从PA6、PA66或PET/PBT材料上转换为PPA时,基本上不需要修改模具等,因此在各种要求耐高温的应用场合中都有广阔的前景。

 

中国高温尼龙产业链发展现状

 

据国外市场报告统计,在2012年,中国对于尼龙混合物的需求达到89.45万吨,并且预计在之后的五年里将以7.5%的速度增长。这就要求2017年市场将有130万吨的尼龙混合物供给。2014年,高温尼龙在国内的需求量约有7万吨,在全球的需求量约为20万吨,并一直保持稳步增长的趋势。

 

市场的需求可以促进一个行业的发展,有需求才会有生产的动力,引发激烈的竞争从而促进行业的进步。目前国内做高温尼龙的企业主要是金发科技股份有限公司和高分子研究所,他们研发生产的高温尼龙是PA10T,广泛用于电子、照明、防腐、水暖、核电及车辆等行业。

 

金发科技的耐高温尼龙产品除用于满足国内客户需求之外,还实现了批量出口。为了满足不断增长的市场需求,金发科技正在新增建设年产 3000 吨的 PA10T 项目,预计 2017 年下半年投产,届时耐高温尼龙总年产能将达到8000 吨。

 

此外,深圳华力兴新材料股份有限公司生产的PPA系列也填补了国内高温尼龙复合材料的空白。中国的高温尼龙市场非常广阔,在未来也有很可观的发展前景,但国内产品的市场占有率不是很高,主要原因还是技术壁垒和品牌树立。作为本土企业,在以后的发展中要致力于开发产品的新性能以及向其它领域方向发展。


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