高分子復合材料有著許多優越性:塑料質量輕、不生銹、可按精確的形狀成型、并能染成各種顏色。當然塑料件也有其弱點:對熱比金屬更敏感,而且汽車工業對其某些應用的長期耐久性不無擔憂。這也是汽車動力系統周圍的特殊環境所造成的。
在發動機周邊應用的塑料中,可靠性始終是關鍵問題。發動機塑料化應考慮的問題是,熱老化、噪聲、振動和再生能力。發動機周邊應用的塑料主要有兩種。一種是熱塑性塑料,它受熱熔融可再利用;另一種是熱固性塑料,在復合狀態可耐較高的溫度,但不能熔融再利用。
動力系統塑料件的要求知多少
材料的再生將成為重要問題。熱固性塑料目前尚不能再生利用,而金屬材料的再生技術已相當成熟。某些情況下,再生問題與其他因素相關聯,如價格。
在過去10年里,福特公司是發動機周邊使用熱固性塑料的主要廠商。為確立在價格上的競爭優勢,該公司已在澳大利亞投資開發鎂礦。但成本問題不是唯一的因素。一位福特產品設計工程師說:“福特被認為是很注重環境問題的公司。但這影響了我的選材”。“用哪種材料福特尚無基本原則。熱固性塑料在動力系統中的應用已占一定的比例,它尚未落到用不著的地步”。
密執安州南部的熱固性塑料供應商,大容量模壓復合公司的汽車市場開發經理威爾伯持·康諾說,發動機周邊塑料應用雖然有增長的機會,但他預言,這種應用不是穩定的。“復合材科所覆蓋的市場應當說是可觀的”,康諾說: “但在今后幾年里它不會超過30%(發動機周邊的零件)”。從事塑料模具制造的劍橋工業公司的總經理阿蘭·端曼說,汽車制造商對在發動機周邊的塑料應用持保留態度,原因是缺乏熱固性塑料再生的基礎設施。
而通用公司計劃用塑料制造其Vortec 4200直列六缸發動機蓋。通用在90年代中期引進了塑料進氣歧管,用在其北極星發動機上。
“你不能完全用塑料取代現有的材料”,通用資深動力系統材料工程師麥略里塔說:“你必須考慮到該材料是整個發動機系統的一部分。但你在設計一個全新的發動機時,要考慮到熱、螺栓負荷能力和蠕變(膨脹和收縮)問題的限制”。麥格里塔強調,雖然通用公司試圖采用塑料,但是否可行,還要有一段過程。目前,就發動機周邊的金屬和塑料應用問題,塑料供應商和汽車制造商間尚有爭論。
綜上所述,動力系統塑料件一般必須符合下述要求。
(1)質量輕。
(2)耐高溫,熱老化穩定性好。
(3)能滿足動力負荷發動機高能量吸收和延展性的要求,拉伸屈服伸長率》0.5%,耐沖擊強度≥35kJ/m2。
(4)有優良的隔音和減震性能。
(5)加工周期短,生產成本低,適合大批量生產。
(6)回收性能好。