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车用非织造材料市场大
作者:苏州岚山新材料公司-专业针刺棉|吸音棉|硬质棉|pp棉|直立棉|保温棉生产厂商  发布日期:2011-12-27  点击次数:3040

 汽车工业是纤维材料的一个具有巨大潜力的市场,尽管在汽车所用的原材料中按重量计纤维材料仅占3%。如今在汽车中应用的基于非织造材料的零件已超过 40种,从空气和油的过滤介质到内饰材料等,内饰非织造材料包括声、热绝缘材料,结构件以及装饰件。模压成型的非织造内饰件包括门内饰、行李舱盖板、车顶、车厢衬垫、座椅靠背等。

    1997年,生产一辆轿车平均仅需1平方米非织造材料,今天则需20平方米非织造材料(重15~20公斤),而且用量还在继续增加。汽车中不同应用部位占用非织造材料的比例(按面积计)分别为:吸音、隔音、隔震衬垫材料17%,地毯43%,车厢衬垫13%,发动机罩衬垫 10%,座椅6%,车顶内饰6%,后舱盖板3%,车门内饰1%,其他1%。

    据大众汽车公司统计,仅高尔夫车型每天使用的汽车用纺织内饰材料就达 10万~15万平方米(日产高尔夫汽车5000辆,每辆车用20~30平方米),其中多数为非织造材料,尚不包括如纤维增强塑料板基材、吸音材料等内含的非织造材料。在日本系列汽车中用非织造材料做车顶表面的装饰已非常普通,日本国内达到70%,在欧洲达到50%,在北美由于非织造材料优异的可成型性受到了广泛的关注,预测其市场亦将进一步扩大。

1.  主要车用非织造材料

汽车用非织造材料所用的纤维包括聚酯纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维和天然纤维(如再生棉纤维、亚麻、大麻、黄麻和剑麻纤维等)。

1.1 聚酯纤维

1.1.1 PEN

   由于新型聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维具有极其优异的物理机械性能和广泛的用途,引起了众多化纤制造厂商的浓厚兴趣,纷纷投资建设PEN纤维制造厂,并进行新产品的开发,如杜邦、帝人、东丽、东洋纺、伊斯曼、ICI(帝化)、赫司特等公司均处于领先地位。

   PEN 纤维比PET纤维具有更多的优异性能,模量高,尺寸稳定性好,不变形,弹性足,刚性好,在产业用纺织品方面前景十分看好,目前主要用于:⑴汽车防冲撞充气安全袋。这种安全袋折叠后体积小、重量轻、强度高、阻燃性能好,由PEN纤维制织的织物可满足此要求;⑵轮胎的骨架材料。由于PEN纤维具有较大的回弹性和刚性,能够满足对橡胶骨架材料的耐高温性、抗疲劳性、抗冲击性、粘结性和抗蠕变性的要求,因而将成为替代钢丝、PA66、PET等的理想材料;

    日本的东洋纺与帝人公司合作,采用复合纺丝工艺和技术,已经开发出PEN/PET皮芯型复合纤维,它具有性能优异、成本低的特点,用于骨架材料轮胎帘子线时,与橡胶的粘结性非常好,也可用于制织汽车椅罩、安全保护带等。

1.1.2 乙烯基酯树脂

   乙烯基酯树脂是采用环氧树脂与不饱和酸反应制成的,使其具有类似于环氧树脂的力学特性的同时,更具有不饱和树脂的工艺特性。由于环氧乙烯基酯树脂以其具有的足够的机械强度和刚度、耐热循环、耐腐蚀的独特性能,更好地满足了高品质FRP产品的要求。

   美国福特四轮驱动Aerostar横梁是采用FRP部件设计制造的。多功能车的前横梁/横向弹簧,这一体化构件虽小但结构复杂,且可承受高载荷,只需用螺栓将其固定在车上。由于结构强度、刚度、耐久性和悬挂等性能要求,所以采用的材料主要是玻璃纤维增强材料和乙烯基酯树脂,制造工艺为RTM。在六个装附件处和缓冲块安装处,由钢嵌入件增强以承受很高的压缩载荷。结构本身由聚氨酯泡沫芯材和变厚度的复合材料蒙皮组成。其他装附件处如低位悬臂梁处则采用玻璃纤维织物增强。除了转向架,减震器、低位控制臂和缓冲块外,横梁还在两个装附件处支撑横向片簧,此设计是基于路面坑洼冲击(3g)、急转弯(1g)、最大前轮加速和制动1g的组合作用。刚度和耐久性要求的依据是原有钢结构件。该构件重27kg,而同样的钢构件重33kg。

   目前,国内几家主要的汽车FRP部件生产商将我们的模具乙烯基酯树脂应用到FRP汽车部件的模具制作和制品上,有手糊模具、RTM模具、真空吸塑模具、聚氨酯发泡模具,他们的产品主要应用于亚奔、大众、依维柯、大宇、凯斯鲍尔等车型上。

1.1.3 芳纶

   芳纶是一种高科技特种纤维,它具有优良的力学性能,稳定的化学性质和理想的机械性质。它的全称为“芳香族聚酰胺纤维”。芳纶在汽车上的应用量年增长率接近10%。摩擦材料是全球最大的芳纶市场,大多用在汽车的制动系统上。2002年摩擦材料消耗了芳纶总销售3.1万t中接近35%的份额。工业化国家中摩擦材料中使用芳纶的量占有很大的比率,而发展中国家在摩擦密封材料领域里应用芳纶还刚刚起步,但这些国家的汽车市场发展迅猛,同时又面临环境保护,要求开发无石棉摩擦材料。因此,从全球来看,芳纶的消费量将会有较大的增长。在这个过程中,充分利用芳纶边角料,既不浪费资源,又不污染环境,是一种具有良好发展前途的方法。

1.2 聚丙烯纤维

   在汽车塑料件所用塑料材料中,聚丙烯是用量最大、发展最快的塑料品种,其原因不仅是由于聚丙烯材料本身具有密度小、成本低、产量大、性价比高、化学稳定性好、易于加工成型和可回收利用等突出特点,而且还因为该种材料可通过共聚、共混、填充增强等方法得到改性,因而可适合不同的汽车零件的使用性能要求。目前可用于汽车零部件的聚丙烯材料已有多个牌号的品种,可分别作为汽车保险杠、仪表板、方向盘、车门护板、发动机冷却风扇以及车身暖风组件等多种零部件的材料。

   自增强聚丙烯复合材料(Self-Reinforced Polypropylene Composite,简称SR-PP)是一种由高定向性的聚丙烯纤维和各向同性的聚丙烯基材组成的100%聚丙烯片材。SR-PP是继GMT之后国外最新开发应用的一种热塑性复合材料,它由英国Leads大学研制成功。2002年初,Amoco纤维有限公司在德国Gronau建立了第一条生产5000t SR-PP的生产线,其生产的产品目前主要用作车底遮护板。SR-PP片材及用其制作的车底遮护板除了具有重量轻和良好的抗冲击性能外,还具有优异的抗石击耐磨性。这就使得SR-PP特别适用于车底部件的生产,它使车底部件采用更薄的材料成为可能,从而在减重方面具有更大的潜力。

1.3 玻璃纤维

   目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高,因此增长率也比较快,年增长率达到10%以上。

    目前,最好的漆面保护方式是玻璃纤维素镀膜。玻璃素纤维具有高密度的化学特性,使保护膜具备了如盔甲般的高强度及卓越的伸缩性,可有效防护灰尘、酸雨、鸟粪等各类含酸碱物质对车漆的侵蚀,有效提高漆面光洁度、硬度,具有高防护性,超持久性。一次施工可有效护理漆面达2年以上。除了漆面以外,玻璃滑水膜也是雨季必备的护车措施。玻璃滑水膜采用全纯氟素环保材料制造,利用氟的排水性,使雨水在接触玻璃的瞬间变成水珠飞溅滑出,使视线更加清晰,其滑水功效可达半年。

   以玻璃纤维增强的聚丙烯具有较低的密度、低廉的价格以及可以循环使用等特点,目前正逐步取代工程塑料与金属在汽车仪表板、汽车车身和底盘零件中的应用。在车用玻璃纤维增强塑料中,长玻纤增强聚丙烯(Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene,简称LGFPP)是倍受人们关注的新品种之一。作为汽车模块载体材料,该材料不仅能有效地提高制品的刚性、抗冲击强度、抗蠕变性能和尺寸稳定性,而且可以做出复杂的汽车模块制品。

   宝马2002款Mini Platform车的前端支架采用Stamax LLC公司的30%长玻纤聚丙烯注塑成型的。聚丙烯支架把散热器、喇叭、冷凝器、托架这样一些前端部件都整合“悬挂”成为一个零件,从而降低了成本,并且比GMT车的零件重量减轻了大约30%。Dow Automotive公司推出一种将长玻纤聚丙烯与钢结合在一起的塑料/钢混合系统,它不采用外覆成型,而是采用DOW公司开发的结构胶黏剂系统。一种叫作低能表面胶黏剂(LESA)的双组份丙烯酸一环氧树脂胶黏剂将聚丙烯黏接在金属上,无需火焰加热或者电晕处理,也不用刷底层胶。

   长玻纤增强聚丙烯可作为汽车模块载体材料。最近,新福特Fiesta车型前门模块也相继由Owens Coring汽车公司开发成功,该车门模块集成了多种功能元件,诸如门锁、车门玻璃升降器、扬声器、防盗装置等,采用的载体材料是DSM公司的牌号为 StaMax P30YM240长玻纤增强聚丙烯材料。长玻纤增强聚丙烯材料即使经受100℃的高温也不会产生明显的蠕变,且比短玻纤增强聚丙烯有着更好的抗蠕变性能。

1.4 碳纤维

    碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能。在加装汽车座椅加热装置方面德国诺顿NOLDEN汽车新概念公司将最新碳纤维加热元技术应用上了,任何一款汽车都可以加装含有这种技术的汽车座椅加热系统,从而使汽车驾驶更加舒适和提高汽车档次。与传统的热电阻丝座椅加热技术相比,碳纤维加热元技术显示出了更多的优点。传统的座椅加热产品由一根以S形或正弦型,由上而下或由左至右波浪般布置在加热垫上的热电阻丝组成。如果这根电阻丝在加热垫的使用过程中任何一处损坏或断掉,例如由过热或机械损伤引起,结果是加热垫大面积不能工作,直至整个加热系统完全失效。相反,而在碳纤维加热元技术上,应用了网联技术。人们在加热垫的整个加热区域上并、串联布满了许多微小的碳纤维网。如果有一根碳纤维在某处损坏,则结果只是在受损区域上有局部热损失,而加热垫其它部分仍然能够正常工作。这就使得加热垫可根据所需尺寸的大小进行裁剪,密布或折叠。诺顿碳纤维加热垫热载荷明显小于传统的电阻丝加热垫。安装了此加热系统的座椅表面平整,能感到座椅的温暖和舒适,但感不到碳纤维的集中加热源。相反,由于电阻丝热载荷大,电阻布线分布稀疏,在加热垫的整个加热区域上电阻丝附近温度高,电阻丝之间温度低的现象,导致加热垫温度分布不均匀的缺陷。长期使用传统的加热座椅,热阻丝纹路在整个座椅上变得清晰可见。与其相比,安装碳纤维加热垫的座椅则非常平整光滑,长期使用座椅表面无纹路痕迹。碳纤维加热垫热量在整个座椅加热区域上均匀释放,温度分布均匀,并且舒适感强。特别是对皮革座椅面料,这种均匀温度分布与传统加热垫的温度分布相比较,避免了热阻丝加热技术的缺陷,表现出了其独特的优点;热阻丝加热技术对座椅表面进行不同的加热,它将会使皮革座椅表面靠近热阻丝之处变干,进而褪色。

   由西安交通大学与广东省东方剑麻集团有限公司联合研制成功“环保型剑麻纤维增强汽车刹车片”,经过权威部门性能测试,刹车片的摩擦系数、磨损率、硬度、冲击韧性等各项性能均达到国家标准,专家们一致认为:该种以剑麻作为增强纤维的环保型汽车刹车片产品具有摩擦系数平稳、热恢复性能好、刹车噪音小、使用寿命长、低成本等优点。同时在生产和使用过程中消除了对人体的危害及对环境的污染,开创了我国汽车刹车片的新时代。目前刹车片的主流增强纤维以钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维以及其他有机合成纤维等为主。但是,使用单独一种纤维作为增强材料都存在一些弱点。因此,目前往往采用数种纤维混合增强摩擦材料。剑麻纤维是可再生资源,并能够自然降解,分解产物无毒无害,摩擦性能优良。经过几年的研究,科研人员在产品的开发和研究过程中攻克了剑麻纤维应用于汽车制动材料的关键技术难题,成功研制出了单纯以剑麻纤维增强的汽车用制动材料,这在摩擦增强纤维研究领域也是一个创新。

   2006年3月29日,在盛况空前的中国国际纱线展览会上,由烟台氨纶股份有限公司研制成功,首次亮相国内的高科技纤维——芳纶1313成为整个展会的主角。从而,中国——昔日美国芳纶禁运的重点对象,如今突出重围,成功地实现了芳纶1313的工业化生产,并跻身于世界三大芳纶制造商行列,与美国杜邦公司、日本帝人公司共同掌控世界芳纶市场。

   与国外的先进水平相比,我国汽车内饰材料的研究和开发工作存在很大差距。汽车内饰非织造材料的研究与开发力度不够,在环保型材料、轻量化、高强度复合材料、高性能汽车过滤材料以及电动汽车电池隔膜材料等带有前瞻性,并会影响汽车用材料工业未来发展的重大研究课题方面还是空白。

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