当塑料取代金属材料推进汽车引擎部件的发展

塑料取代金属材料推进汽车引擎部件的发展

塑料正在美国产汽车的气门套和进气总管制造中取得新的进展。新型玻纤增强尼龙 6 和 66以及热固性乙烯基酯化合物正在取代金属生产气门套 ( 也称作摇杆或凸轮盖)，具有质量轻、成本低、设计灵活等优点。在欧洲尼龙气门套已被人们广为接受，但是在此之前美国对它还不是很认可。

玻纤增强尼龙已经在进气总管 (AIM)的加工中建立了牢固的地位，现在一些新型树脂也开始在以前金属占据优势的进气总管加工方面体现出自己的特性。 一种是Dow Automotive公司提供的间规聚苯乙烯－尼龙 6混合料，用于俄罗斯产的小型汽车上。另外一种是Solvay Advanced Polymers公司的聚邻苯二甲酰胺(PPA)，一种耐高温尼龙，用在高功率引擎的配套元件中。

戴姆勒－克莱斯勒公司动态

戴姆勒－克莱斯勒公司（DaimlerChrysler）最近采用了二种新型塑料气门套。 一种是用于V-6 引擎的增强尼龙 66，据说是第一种在美国产大容量汽车上使用的热塑性塑料。同样，一种用于 V8 引擎的热固性塑料，据说也是首次在气门套上使用，直接注射成型( 不是注射-模压成型)，薄壁设计（2.5 毫米）。

热塑性塑料气门套由肯塔基州Russell Springs市的Bruss North America公司制造，它是德国Bruss公司的一个子公司, 是给欧洲的大众汽车提供尼龙2、不同行业对实验机的需求：气门套的先驱者，选用的材料是杜邦公司玻璃/矿物质增强的Minlon EFE6053 BK413尼龙66。 它取代了2004 Dodge Caravan和Grand Caravan SUV的3.3 L 和 3.8 L冲压钢气门套，年使用量大约为500,000个。

杜邦公司的引擎盖专家Pat Granowicz声称塑料引擎盖重量减轻了65%，且油气分离器一体化，降低了油损耗，提高了引擎效率。 曲轴箱强制通风阀一般栓接在引擎盖的外部，现在在内部采用振动焊接技术, 将阀隔离开，改善了汽车的启动性能。

Bruss公司设计了两排三汽缸 V-6气门套 ，因此面板比典型的 V-4气门套小而且螺栓大小合适 (175 毫米)。据布鲁斯项目管理经理Michael Cuneo说，新设计将高温下气门套垫圈周围发生蠕变的危险降到最低且防止了漏电现象。

成本的降低主要通过一体化设计、模具和材料费用的减少实现。 模内黑色和粒状质地也省却了电子涂覆和喷涂。

为了响应北美对尼龙气门套产生的新的兴趣，Rhodia公司开始向北美推出已经在欧洲得到认可的牌号，该公司在北美有30个气门套项目。Rhodia的汽车引擎专家Axel Zschau说：“我们希望目前在美国进行的三个先进项目能够在2005～2006年的汽车上出现。” Technyl A218 MZ15 V25是专门用于气门套的一种黑色尼龙 66，含15% 矿物质和 25% 玻璃。据说比单纯用玻璃增强的尼龙的表面外观好，抗翘曲性卓越，噪音低。

Rhodia公司率先采用声学分析优化引擎材料的选择，公司已经向美国推出了两种用于引擎盖和定时带盖子的流动性增强的尼龙66。

长期向欧洲市场供应气门套用玻纤增强尼龙6和66的Bayer Polymer公司已经开始向美国提供原料。Bayer发现美国所属行业对热塑性塑料气门套的抵制正在逐渐消退，部分因为改良的垫圈和新技术的出现增强了热塑性塑料的抗噪和抗震特性。

复合材料应用加强

与此同时，热固性塑料供应商正在通过进一步开发BMC材料的性能，将该材料在北美气门套市场的份额扩展到20%。DaimlerChrysler公司在该领域的最新创新产品是2004 Durango和Jeep Grand Cherokee SUV越野车以及几种小型货车上的V8引擎的大型4.7 L (46 英寸长)气门套。取代镁而改用复合材料做的气门套由田纳西州Paris市Dana公司的密封件分部模制而成。年制造量愈50万个。复合材料是在军民融会发展方面Premix公司的含20%玻纤的乙烯基酯 TMC(“厚壁模塑料”，一种BMC的衍生料)。 Premix公司称，TMC与BMC的不同之处在于TMC具有长玻纤(1英寸.)的3D立体点矩阵，可以保持450F高温下的良好的机械性能。Premix公司汽车业务开发经理Steve McCormack说：“在极度热循环条件下，TMC 比传统 BMC的机械强度高30%。” 模制成气门套之后，壁厚由原来的BMC 气门套典型的4毫米变为2.5 毫米。

TMC还具有其它的优点，包括静噪性(1 到 2 分贝)。塑料气门套使用压入式垫圈，而不是产生挥发性物质的粘结式垫圈。TMC的高刚性省却了尼龙气门套上的加固筋材，具有防渗漏性。

DaimlerChrysler公司项目经理Steve Crawford 说：“TMC的使用为每个气门套节省了10美元的成本，使我们在今年的动力系应用中成功地节省了大笔的费用”。他说与金属材料相比，材料费减少了20%，模具制造费减少了50%，并且省却了模具样品的加工。Madison集团公司使用它的Cadpress软件对模内流动性和纤维取向进行计算机模拟使这种省却成为可能。

Premix计划用SMC取代铝质气门套用在General Motors公司的 V-4 3.7 LChevrolet轻型汽车的发动机上，更进一步扩展热固性塑料的应用。

同时，Bulk Molding Compounds公司(BMCI)报道说公司为高排量美国产汽车推出了三个 BMC 气门套项目。其中之一是将在2005车型上使用的注塑气门套。BMCI公司的管理人员说改良后的BMC缩小了与热塑性塑料气门套之间的价格差，同时仍然保持着良好的耐用性。

用于加工进气总管的新材料

玻纤增强尼龙主宰着欧洲AIM市场（占65%的市场份额），在美国占50%的份额。但是其它热塑性塑料也逐渐得到关注。例如俄罗斯Avtovaz公司生产的小型Lada汽车的1.5L和1.6 L发动机的总管。Avtovaz最近用Dow Automotive公司的Questra N WA注塑材料取代了铝质进气总管， Questra N WA是35%玻纤增强的尼龙 66 和间规PS(SPS) 的混合料。

Dow Automotive公司的进气管市场开发经理Jim Cederstrom说：“尼龙- SPS混合料在进气总管、气门套和装饰性发动机盖方面有很大的市场潜力”。 Questra N混合料以尼龙 6、66或6/66化合物作为连续相，因此保留了尼龙的可加工性和表面外观。分散相SPS吸湿性小，提高了制品的尺寸稳定性和抗翘曲性。 SPS在发动机盖内的高温下也能保持良好的机械性能。

Avtovaz公司Questra N材料的进气总管重量降低了50%，成本节省了30%，主要因为部件的一体化。 进气总管模块的双壳通过振动焊接组合在一起，但是Dow Automotive公司预测其专利粘合剂的使用将节省更多的费用。

生产进气总管的另一种新材料是Solvay公司的Amodel A-6135, 一种含35%玻纤的聚邻苯二甲酰胺(PPA)，用于取代General Motors公司的LS发动机的高扭矩的增压配套元件的铝质进气总管。这种进气总管由密西西比州Ashland市的Fuel-Air-Spark Technologies公司推出，用在Corvette、Camaro和Pontiac Firebird的V8和V6发动机上。

Amodel提供165万p以此肯定材料硬度的大小si的弯曲模量，比尼龙66的耐热性更高，而且在高温下的抗蠕变性和铝相同。PPA据说对机油、油脂和长寿命冷却剂也具有卓越的抗性。密歇根州Rochester Hills市的Composite Performance Technologies公司制造的三片式组件仅重11磅，而铝质组件重26磅。 更加光滑的PPA内表面也使进气总管的空气流率提高了25%，马力等级提高了6% 。