有機(jī)玻璃對(duì)新能源汽車的影響

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1、有機(jī)玻璃對(duì)新能源汽車的影響 有機(jī)玻璃對(duì)新能源汽車的影響 2016/05/19 《塑料科技志》2016年第五期 摘要： 將有機(jī)玻璃與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)玻璃進(jìn)行對(duì)比，分析了有機(jī)玻璃應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀和性能特點(diǎn)，同時(shí)介紹了有機(jī)玻璃在新能源汽車中的應(yīng)用，最后以車窗為例，對(duì)有機(jī)玻璃的性能進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明：除聚碳酸酯玻璃外，有機(jī)玻璃和無(wú)機(jī)玻璃的耐磨性均符合ECER43《關(guān)于安全玻璃材料認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》，另外這三種材料的抗沖擊性均符合規(guī)定，且施加涂層能增強(qiáng)玻璃

2、材料的耐磨性，但對(duì)其強(qiáng)度影響很?。徊捎糜袡C(jī)玻璃作為車窗材質(zhì)的汽車內(nèi)平均計(jì)權(quán)隔聲量比無(wú)機(jī)玻璃更低，且在人耳能聽到的低頻段，有機(jī)玻璃的隔聲性能更好。 關(guān)鍵詞： 有機(jī)玻璃；輕量化；新能源汽車 新能源汽車是指利用新型能源作為動(dòng)力源，結(jié)合驅(qū)動(dòng)控制等方面的先進(jìn)技術(shù)形成的具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車[1]。在我國(guó)，新能源汽車一般包括純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池電動(dòng)汽車等[2]。研究表明，汽車重量與其能源消耗關(guān)系密切，汽車自重每減少10%，其能源消耗可降低8%左右，同時(shí)尾氣排放量可降低4%左右，因此汽車輕量化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能、環(huán)保、安全等發(fā)展目標(biāo)的重要新技術(shù)

3、[3-4]。為達(dá)到汽車輕量化目的，一般可采取選擇新材料和新技術(shù)兩種途徑。隨著新能源汽車工業(yè)的發(fā)展，這兩種途徑在方法上均有了多種選擇，且其技術(shù)日趨成熟。其中新材料包括鎂鋁合金、工程塑料等；新技術(shù)包括設(shè)計(jì)模塊化、激光焊接技術(shù)、液壓成型技術(shù)等[5-6]。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗稱有機(jī)玻璃，是一種可回收利用的熱塑性工程塑料，具有密度低(1.15~1.19g/cm3)、機(jī)械強(qiáng)度高、熔點(diǎn)低（130~140℃）、透光率高、易加工等優(yōu)點(diǎn)。采用PMMA及其復(fù)合材料作為汽車車身和零配件材料，包括側(cè)三角窗、燈罩、保險(xiǎn)杠等，可有效減輕汽車自重，達(dá)到降低能耗和尾氣排放量的目的[7-8]。本文基于新能源汽車節(jié)能環(huán)保

4、的需求，結(jié)合有機(jī)玻璃在汽車零配件上的應(yīng)用，以汽車側(cè)窗為例，對(duì)有機(jī)玻璃在新能源汽車中的應(yīng)用及性能進(jìn)行探討。 1有機(jī)玻璃應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀 1.1有機(jī)玻璃應(yīng)用現(xiàn)狀有機(jī)玻璃由美國(guó)化工品和塑料產(chǎn)品生產(chǎn)公司Rohm-Haas于1927首次工業(yè)化生產(chǎn)。有機(jī)玻璃由甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體聚合而成，無(wú)毒環(huán)保、性質(zhì)穩(wěn)定、不易脆裂，其透光率(92%)是所有合成透明材料中最高的；同時(shí)有機(jī)玻璃破碎后不會(huì)產(chǎn)生尖銳碎片，因而被廣泛應(yīng)用于食品包裝、建筑、汽車制造、航空航天等領(lǐng)域[9]。本世紀(jì)以來(lái)，有機(jī)玻璃材料市場(chǎng)日益擴(kuò)大，平均每年生產(chǎn)量超過150萬(wàn)t[1]，同時(shí)許多發(fā)達(dá)國(guó)家已作出強(qiáng)制性規(guī)定，校

5、園內(nèi)建筑用玻璃必須統(tǒng)一使用有機(jī)玻璃，我國(guó)制造業(yè)和城市建設(shè)中也逐漸用有機(jī)玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃。有機(jī)玻璃材料最先應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。由于具有良好的柔韌性、抗老化性、安全性，機(jī)械強(qiáng)度高，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)擋風(fēng)玻璃及其他透明零部件中。另外在新能源汽車制造方面，由于新能源汽車對(duì)車身重量具有嚴(yán)格要求，歐洲大部分汽車制造商已采用有機(jī)玻璃作為汽車側(cè)邊和后邊擋風(fēng)玻璃材料，并出臺(tái)相關(guān)法律，規(guī)定玻璃材質(zhì)的性能要求、檢測(cè)方法和分類標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)，新能源汽車的市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致各大汽車制造商也開始關(guān)注有機(jī)玻璃在擋風(fēng)玻璃及其他配件上的應(yīng)用。 1.2傳統(tǒng)玻璃與有機(jī)玻璃性能對(duì)比傳統(tǒng)汽車窗玻璃一般采用由硅酸鹽類材料制

6、成的無(wú)機(jī)玻璃。硅酸鹽類化合物在高溫條件下形成連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，冷卻后硬化切割，形成具有一定黏度和形態(tài)的非金屬材料，該材料同時(shí)具有耐高溫、阻燃、成本低等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)玻璃則由高分子材料通過注塑、擠出或澆注成型，其化學(xué)本質(zhì)為塑料制品，所以韌性、強(qiáng)度及重量均優(yōu)于無(wú)機(jī)玻璃。將3種常用玻璃材料進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示，其中聚碳酸酯(PC)是一種以碳酸酯基單體為原料的高分子聚合物，為目前最常用的熱塑性通用工程塑料之一。從表1可以看出，有機(jī)玻璃在作為車窗玻璃最重要的性能特點(diǎn)(透明度和強(qiáng)度)和作為汽車其他配件最重要的性能特點(diǎn)(輕量化和剛性)整體上優(yōu)于PC材料和無(wú)機(jī)玻璃，其他方面如加工成型性和耐磨性等也比較優(yōu)良，由此可

7、知，有機(jī)玻璃是新能源汽車零配件的首選材料。 2有機(jī)玻璃在新能源汽車中的應(yīng)用 2.1新能源汽車車窗玻璃汽車車窗按其結(jié)構(gòu)可分為夾層型和鋼化型，按位置可分為前、側(cè)、后擋風(fēng)玻璃及天窗玻璃。為了營(yíng)造良好的駕車視野和行車安全環(huán)境，汽車窗玻璃一般應(yīng)滿足透光、抗沖擊、耐候和碎片少的需求。有機(jī)玻璃不僅能很好地滿足以上要求，同時(shí)還具有抗紫外線輻射的作用，避免車內(nèi)人員處于長(zhǎng)期曝曬狀態(tài)。另一方面，可利用有機(jī)玻璃材料良好的光學(xué)性能制成汽車外罩，保護(hù)車身整體不受紫外線侵蝕，同時(shí)不影響駕車視野。 2.2新能源汽車其他配件除車窗玻璃外，有機(jī)玻璃在新能源汽車中的應(yīng)用還包括汽車的其

8、他配件，如車尾燈燈罩、高光澤裝飾物、汽車保險(xiǎn)杠等。有機(jī)玻璃材料因具有質(zhì)輕、易著色、美觀等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于新能源汽車車尾燈燈罩；因具有抗刮擦、表面光澤度高、硬度高等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于新能源汽車高光澤裝飾物。另外，有機(jī)玻璃與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混制成的PMMA/ABS復(fù)合材料，可用于制造新能源汽車保險(xiǎn)杠，該復(fù)合材料同時(shí)具備ABS的抗沖擊、耐溫性好、電氣性佳、易噴鍍等優(yōu)點(diǎn)以及有機(jī)玻璃的抗劃傷、不易褪色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適合作為對(duì)材質(zhì)有高質(zhì)量要求的產(chǎn)品，同時(shí)成本較鎂鋁合金等材料更低。 3有機(jī)玻璃作為車窗材料的性能試驗(yàn)和仿真分析 汽車車窗是占汽車整體比重較大

9、的配件之一，同時(shí)也是以玻璃材質(zhì)作為原材料的部件，所以使用低密度、質(zhì)量輕的材料作為車窗玻璃可有效降低汽車整體重量。因此本文對(duì)有機(jī)玻璃材質(zhì)的性能進(jìn)行研究，同時(shí)結(jié)合新能源汽車車窗進(jìn)行性能試驗(yàn)和仿真分析。 3.1有機(jī)玻璃性能測(cè)試測(cè)試材料：(1)含涂層有機(jī)玻璃，厚度4mm；(2)有機(jī)玻璃(無(wú)涂層)，厚度4mm；(3)PC玻璃，厚度4mm；(4)無(wú)機(jī)玻璃，厚度4mm。測(cè)試儀器：磨耗儀，5135，美國(guó)Taber公司；拉力器，GT5769-01，深圳奇裕橡膠有限公司。測(cè)試方法：(1)耐磨試驗(yàn)將樣品置于磨耗儀上，以相同的力作用于樣品表面，使其連續(xù)摩擦1000次，測(cè)定其霧度；(2)抗沖擊試驗(yàn)將樣品

10、放置于地面，四角墊起，將質(zhì)量為0.5kg的鋼球置于樣品水平上方2m處直接落下，觀測(cè)其破碎程度。由于我國(guó)尚未出臺(tái)相應(yīng)法規(guī)對(duì)汽車車窗性能進(jìn)行硬性規(guī)定，本文采用國(guó)際相關(guān)法規(guī)ECER43[10]作為性能要求評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。將以上試驗(yàn)重復(fù)5次取平均值，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，PC玻璃連續(xù)摩擦1000次后，霧度為2.2%，大于ECER43法規(guī)中規(guī)定的2%，因此其耐磨性不符合車輛玻璃材料安全規(guī)定要求，而其他材料連續(xù)摩擦1000次后霧度均低于2%，其耐磨性符合規(guī)定要求，其中含涂層有機(jī)玻璃的霧度低于不含涂層有機(jī)玻璃。另外PC玻璃的抗沖擊性(抗破碎強(qiáng)度)最高，有機(jī)玻璃次之，無(wú)機(jī)玻璃最差，但這3種材料均符合ECE

11、R43法規(guī)中對(duì)玻璃抗沖擊性(抗破碎強(qiáng)度)的規(guī)定要求，其中有無(wú)涂層對(duì)有機(jī)玻璃的抗沖擊性基本沒有影響。 3.2有機(jī)玻璃車窗仿真分析選取以有機(jī)玻璃作為車窗材質(zhì)的某A級(jí)新能源汽車和以無(wú)機(jī)玻璃作為車窗材質(zhì)的另一A級(jí)汽車進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)仿真模擬實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)其車窗運(yùn)動(dòng)偏差和聲學(xué)性能進(jìn)行研究。測(cè)試儀器：三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，GA1703，美國(guó)micro-vu公司；手持式數(shù)字分貝測(cè)試器，T325，珠海天創(chuàng)儀器有限公司。測(cè)試方法：(1)運(yùn)動(dòng)偏差試驗(yàn)在玻璃窗上選取4行8列平均分布的點(diǎn)，分別從1到32進(jìn)行標(biāo)記，使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)定汽車以60km/h行駛時(shí)車窗與車框的偏差值；(2)隔聲試驗(yàn)將分貝測(cè)試器放入車內(nèi)，關(guān)閉所有

12、車窗，在距車2m處發(fā)出音量70dB、頻率0~5000Hz的聲音，測(cè)試車內(nèi)不同頻率下的音量。運(yùn)動(dòng)偏差測(cè)試結(jié)果如圖1所示，隔聲性能測(cè)試結(jié)果如圖2所示。圖1中，圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)代表該位點(diǎn)的位置偏差，圓點(diǎn)處線段的長(zhǎng)短代表該處運(yùn)動(dòng)偏差值的大小。從圖1可以看出，無(wú)機(jī)玻璃不同點(diǎn)線段長(zhǎng)度均長(zhǎng)于有機(jī)玻璃線段長(zhǎng)度，表明采用無(wú)機(jī)玻璃作為車窗材質(zhì)的汽車運(yùn)動(dòng)偏差大于有機(jī)玻璃材質(zhì)，在運(yùn)動(dòng)過程中更易與汽車其他部件如密封條、窗框等發(fā)生偏差干涉問題。從圖2可以看出，采用無(wú)機(jī)玻璃作為車窗材質(zhì)的汽車內(nèi)平均計(jì)權(quán)隔聲量[11]為26.4dB，音量減小了43.6dB(隔聲試驗(yàn)發(fā)出音量為70dB)；采用有機(jī)玻璃作為車窗材質(zhì)的汽車內(nèi)平均計(jì)權(quán)

13、隔聲量為24.1dB，音量減小了45.9dB。另外由文獻(xiàn)[12]可知，人耳對(duì)于低頻段聲音更敏感，而有機(jī)玻璃在低頻段隔聲性能較好，在高頻段隔聲性能則有所下降。 4結(jié)論 新能源汽車的發(fā)展對(duì)汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、工藝操作均提出了更高的要求，其中有機(jī)玻璃因具有優(yōu)良的力學(xué)性能、聲學(xué)性能等使其在新能源汽車包括車窗等部分零配件材質(zhì)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。本文針對(duì)有機(jī)玻璃材質(zhì)在新能源汽車上的應(yīng)用，并以車窗為例，對(duì)其性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明：(1)有機(jī)玻璃材料在新能源汽車上的應(yīng)用十分廣泛，包括車窗玻璃、車尾燈燈罩、高光澤裝飾物、汽車保險(xiǎn)杠等；(2)有機(jī)玻璃比PC玻璃和無(wú)機(jī)玻璃更適合作

14、為汽車配件材料；(3)將有機(jī)玻璃進(jìn)行涂覆可降低其霧度，使其更符合新能源汽車對(duì)于車窗耐磨性的要求，同時(shí)有機(jī)玻璃的抗沖擊性符合ECER43要求，但有無(wú)涂層對(duì)其強(qiáng)度幾乎沒有影響，另外有機(jī)玻璃破碎時(shí)不會(huì)產(chǎn)生尖銳碎片，給乘車人員提供一定安全保障；(4)有機(jī)玻璃作車窗時(shí)，汽車的運(yùn)動(dòng)偏差較小，隔聲效果較好，表明使用有機(jī)玻璃作為汽車配件材料能夠在減輕車身重量的同時(shí)滿足汽車性能要求。 參考文獻(xiàn)： [1]張琳,陳曉峰.PMMA有機(jī)玻璃在汽車側(cè)三角窗上的應(yīng)用研究[J].上海汽車,2013,17(11):56-59. [2]周文.汽車用有機(jī)玻璃(PMMA)老化性能的熱重

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