塑料将进入发动机领域代替金属材料

盖世汽车网 综合报道

传统发动机使用的歧管零部件往往是铜焊的金属件,而福特公司日前成功利用杜邦公司制造的Zytel HTN PPA(苯丙醇胺)合成树脂取代了金属,制造出歧管系统中的冷却剂套管,并应用在两款发动机上,使得发动机总重量降低1磅,生产制造成本节省1美金。杜邦公司、福特公司和伊利诺伊工具公司的密切合作,才促成了这款全新设计的实用产品,该研发团队已经被塑料工程师协会提名为2013汽车革新技术大奖中革新塑料奖项的候选人。

全新的福特Duratec 3.5升和3.7升V型六缸发动机将使用注射成型且具有交叉结构的冷却剂套管,该元件以Zytel HTN PPA树脂塑料为原材料,而没有采用以前的铜焊金属管。当发动机冷却液在这种全新的冷却套管中循环流动的时候,相关部件都能够正常工作,满足各方面的要求。

把发动机歧管换成普通尼龙高分子聚合材料的方案是不可行的,因为这种材料无法长时间抵挡化学品以及高温的腐蚀作用,所以尽管金属价格昂贵且重量较大,但是现在的发动机部件还都是由金属打造的,以满足抗腐蚀要求。如果不改变发动机原有的结构,只是把铜焊金属管用尼龙元件代替,这种做法也是不可取的,因为把中空管集合成歧管系统的二次成型过程会产生非常大的压力,此压力可能造成尼龙元件的损毁。

最终设计团队选择了Zytel HTN PPA合成树脂,得益于该材料出众的耐高温和抗化学腐蚀性(尤其是抗冷却剂腐蚀性),它经常被用作发动机冷却零部件以及加油装置快速接口原材料。团队成员面临的难题转化成如何通过全新的结构设计,把Zytel材料的冷却剂套管与发动机歧管整合在一起。他们使用Moldflow模型仿真分析软件优化结构工艺,并利用有限元分析优化整体设计;RJG公司的铸模空腔压力感测技术被用于获取二次成型过程中施加在空腔内壁上的压力值,所有的数据都是为了防止加工过程中套管承受压力过大造成不必要的损坏。

Duratec 3.5升和3.7升V型六缸发动机将是最早搭载一体式注射成型交叉结构冷却剂套管的两款产品,并将率先出现在福特Taurus、Flex、Edge和Explorer车型中。这两款全新发动机除了降低了重量和节约了成本,生产加工所需的步骤和机械设备也有减少,因为可以省去粉末金属涂层工艺。

Zytel HTN和Zytel系列其他树脂材料已经在汽车领域得到了广泛应用,其中不乏在发动机上的应用。举例来说,Zytel LC 7000 和 Zytel RS LC 4000用来加工汽车上使用的低压软管和套管,相比于标准尼龙11和12,这些材料全都拥有更长的使用寿命以及低温下更出色的抗冲击强度;杜邦公司利用Zytel HTN树脂材料为梅赛德斯奔驰公司打造了两款注射成型油底壳,用于大型重载卡车上;Zytel HTN甚至被川崎汽车用作SIM-WIL电动车的车轮电动机绕线管材料。

以前的观点认为可生物降解塑料很难承受高温,根据此观点塑料将无法作为原材料出现在发动机中,但是杜邦公司设计研发的Zytel HTN已经成功应用在发动机上,意味着树脂材料特性在不断提升,另外更合理的设计也能拓宽材料的应用范围。那些对树脂材料充满兴趣的汽车制造商们,赶紧同杜邦公司的工程师们联系吧,看看他们能不能帮助解决与您有关的树脂材料使用难题。

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