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聚氨酯与汽车  

2012-05-21 15:07:10|  分类: 军事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 汽车百年

聚氨酯与汽车 - 布鲁蓝 - 布鲁蓝的博客

 
  时至今日,世界汽车工业已经经历了大约120年的发展。19世纪末20世纪初,一些欧美国家完成工业革命,经济和生产力都得到了飞速的发展,同时对社会运输能力的要求也不断加强。1886年,德国人本茨跟戴姆勒一起制造了第一辆现代意义上的汽车,从此全世界范围的汽车工业发展正式拉开大幕。

  在美国
  1891年,美国第一辆三轮汽车由约翰?兰伯特制造。1895年杜瑞亚兄弟制造了第一辆美国汽车。而1896年,亨利?福特制造出了的一辆四轮汽车,三年后,从爱迪生照明公司退职的福特创建了自己的公司。1908年福特T型车上市,从此汽车制造业进入了一个新的时代,汽车批量生产拉开序幕。福特T型车也因为在接下来的20年间累计生产汽车1500万辆,而创造了世纪汽车生产的记录,同时被汽车界公认为是大众化汽车的开端。

  在德国
  在戴姆勒和本茨制造出现代意义的汽车的同时,就有很多企业加入到了汽车制造中来。像1862年的奥贝尔缝纫机制造厂、建于1870年的亨歇尔铸造机械厂和建于1873年的布兴厂,都已经加入到这个行列。而到了1908年,德国共有汽车厂53个,产业工人1万多人,整个德国的汽车产量超过5500辆,已经开始出口世界各地。在一次世界大战之前,德国汽车制造业已经成为独立的工业部门,汽车保有辆达到10万辆。

  在日本
  “车到山前必有路,有路必有丰田车”,1935年8月,不负父亲期望的丰田喜一郎制造出了第一辆“丰田GI”牌汽车,父亲发明纺织机,儿子发明汽车,一“衣”一“行”。丰田两代人用创造和对科技的制作,对祖国及民族的热爱,为日本的强大作出了杰出的贡献,而丰田也成了日本国产汽车的开山鼻祖。

  在俄罗斯
  1896年亚科夫列夫和弗列泽共同制造了第一辆俄罗斯汽车,这个有着悠久历史的亚欧巨人,也有着辉煌的汽车制造业。

  在韩国
  虽然1955年就有了改装汽车,但那时只能算是一个开端,韩国并不具备基本的生产和技术基础。到1962年8月,韩国出现了第一家公有汽车制造厂,该厂主要将1.5升排量的“蓝鸟”以散件组装的方式进行生产。

  在中国
  1901年在中国上海出现了第一辆汽车,当时还是进口车,为黑色木质车身。28年后的5月,在中国沈阳,这个中国工业重镇,张学良将军的迫击炮制造厂里,第一辆中国试制成功的国产汽车诞生了。当时民生工厂把从国外购进的汽车拆卸,除主要部件外,其他零部件都进行了重新的设计制造,有了当时中国第一车。

  60年之后,中国历史上第一辆民营企业制造的汽车诞生了。有“汽车疯子”之称的李书福让他的吉利汽车公司在临海生产除了第一辆两厢轿车。8年来,吉利汽车飞速发展,不断生产出贴近中国大众的汽车,可以说,在某种程度上,吉利开创了中国汽车进入寻常百姓家的新时代。

  材料突破

  然而,无论是最早的只能跑十几公里的三轮汽车,还是如今的混合动力车;无论是原来的木质车身、黑皮帆布,还是现在的各种高精尖技术综合一身的高档跑车。汽车业从来没有停止甚至放慢过前进的脚步。人类追求便捷、速度、探询远方世界的心从未疲惫。而在这条不断发展、不断革新的路上,不断地有新材料涌现出来,在汽车制造业中发挥这自己的力量。

  随着汽车工业的发展,节能和环保已成为汽车制造的主要课题。设计师和工程师不断探寻合适的新材料。车中重量的减轻不但能够降低能源的消耗还能减少废气的排放,达到环保的目的。

  塑料以其重量轻、设计空间大、制造成本低、性能优异、功能广泛,最终能使汽车在轻量化、安全性和制造成本几方面获得更多的突破而成为了二十一世纪汽车工业最好的选择。

  在汽车上大量使用塑料零部件,以替代各种昂贵的有色金属和合金,不仅提高了造型的美观与设计的灵活性,降低了零部件加工、装配与维修的费用,还可以降低油耗和排放污染。汽车的自重每减少10%,燃油的消耗可降低6%-8%。为此,增加塑料类材料在汽车中的使用量,便成为降低整车成本及其重量,增加汽车有效载荷的关键。在汽车工业发达国家,汽车塑料用量已达到10%-15%,有的甚至达到了20%以上。

  聚氨酯材料作为塑料材料中性能十分宽泛、优良的代表,越来越受到人们的关注,使用量不断加大。

  聚氨酯

  聚氨酯(简称PU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。通过改变原料种类及组成,可以大幅度地改变产品形态及其性能,得到从柔软到坚硬的最终产品。聚氨酯制品形态有软质、半硬质及硬质泡沫塑料、弹性体、油漆涂料、胶粘剂、密封胶、合成革涂层树脂、弹性纤维等,广泛应用于汽车制造、冰箱制造、交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、织物、机电、石油化工、矿山机械、航空、医疗、农业等许多领域。

  1937年德国Otto Bayer教授首先发现多异氰酸酯与多元醇化合物进行加聚反应可制得聚氨酯,并以此为基础进入工业化应用,英美等国1945~1947年从德国获得聚氨酯树脂的制造技术并于1950年相继开始工业化。日本1955年从德国Bayer公司及美国DuPont公司引进聚氨酯工业化生产技术。20世纪50年代末我国聚氨酯工业开始起步,近10多年发展较快。

  20世纪40年代,德国Bayer实验室用二异氰酸酯及多元醇为原料,制得了硬质泡沫塑料等聚氨酯样品。美国于1946年起开展了硬质聚氨酯泡沫塑料的研究,产品用于飞机夹心板材部件。1952年,Bayer公司报道了聚酯型软质聚氨酯泡沫塑料中试研究成果;1952~1954年,又开发连续方法生产聚酯型软质聚氨酯泡沫塑料技术,并开发了相应的生产设备;1961年,采用蒸气压较低的多异氰酸酯PAPI制备硬质聚氨酯泡沫塑料,提高了硬质制品的性能和减少了施工时的毒性,并应用于现场喷涂工艺,使硬质泡沫塑料的应用范围进一步扩大。由于价格较低的聚醚多元醇在60年代的大量生产,以及一步法和连续法软泡生产工艺及设备的开发,聚氨酯软泡获得应用。60年代中期,冷熟化半硬泡和自结皮模塑泡沫被开发,70年代在高活性聚醚多元醇的基础上开发了冷熟化高回弹泡沫。70年代开发了聚氨酯软泡的Maxfoam平顶发泡工艺、垂直发泡工艺,使块状聚氨酯软泡的工艺趋于成熟。后来,随着各种新型聚醚多元醇及匀泡剂的开发,还开发了各种模塑聚氨酯泡沫塑料。

  车用聚氨酯

  聚氨酯材料作为高分子材料之一在汽车零部件中得到了广泛的应用,除汽车内饰件、外装件外,还用于制造各种结构件和功能件,聚氨酯与聚丙烯、聚氯乙烯已成为汽车上三种用量最大的塑料品种。

  聚氨酯能够成为主要的汽车材料,主要因为其多功能的纤维技术、泡沫性能、粘合特性、抗刮擦性能(比如TPU)、抗紫外性能(aliphatics)以及适中的成本等。

  全球汽车制造业对聚氨酯的使用量超过100万吨,其中聚氨酯泡沫塑料占60%,国外一辆普通轿车的用量约为22kg左右。汽车工业常用的聚氨酯制品形态主要有硬质、半硬质、软质泡沫和聚氨酯弹性体、胶粘剂、涂料等。

  下面简单介绍一下,聚氨酯各个制品形态在汽车中的应用。

  聚氨酯软质块状泡沫及模塑泡沫塑料

  聚氨酯软质泡沫及模塑泡沫塑料因其具有韧性好、压缩永久形变小、回弹快等特点,可用于遮阳板、前导块镶条、车内四角装饰、车门内饰、中心立柱装饰、隔音垫、空气滤清器、密封垫及条顶蓬内衬、座椅、座垫、靠背、头枕等部件。

  半硬质聚氨酯泡沫塑料

  半硬质聚氨酯泡沫塑料的特点是具有较高的压缩负荷、突出的减振性能,所以广泛应用于止推垫、柱状物、仪表盘、喇叭盖、扶手、头枕、遮阳板、阻尼层(地板背衬),其中仪表盘是半硬质聚氨酯泡沫塑料在汽车部件中的很典型的应用。

  硬质聚氨酯泡沫塑料

  硬质聚氨酯泡沫塑料具有隔热性能出色、强度高、阻燃性好、尺寸稳定、耐化学药品等性能,常用作豪华客车和冷藏车车厢的保温材料、车门内衬及内装板、座椅靠背盖壳、加工性内饰件、空调风管、油浮子以及发动机隔热罩。

  整皮泡沫塑料

  整皮泡沫塑料主要用于扶手、头枕、方向盘、保险杠、仪表板、喇叭盖、扰流板、变速手柄。

  RIM(RRIM)制品

  RIM(RRIM)制品——RIM即反应注射成型,是把多种高反应活性的液体原料通过混合头,注射到密闭模具中进行反应而成型得到制品的工艺方法,在此基础上还发展了增强反应注射成型(RRIM)和结构反应注射成型(SRIM)主要应用于保险杠、挡泥板、侧防护条、扰流板、格栅、内饰件、仪表板、方向盘、大灯壳、后灯、缓冲件、车内转角立柱、车门扶手、散热器格栅、阻流板、防护罩格栅、行李箱、底板、车门外板。近年来国外PRIM技术又做了更新和改进,采用增强材料预置于模具中强化制品的物理性能,使RIM制品有了更大的应用范围和发展潜力。

  聚氨酯弹性体

  聚氨酯弹性体是一类综合性能优良的材料,模量一般介于塑料和橡胶之间,既具有塑料的高硬度又具有橡胶的高弹性,以及优异的耐磨性、抗振动性、耐油性、耐疲劳性等特点,其加工方法多样,新技术新品种不断涌现,应用前景将十分广阔。聚氨酯弹性体可分为浇注型弹性体和热塑性弹性体两种。其中浇注型弹性体可用于减震缓冲块、手柄轴密封圈、滑块、轴承、万向节、门锁件。而热塑性弹性体则可用于弹性零件、板簧隔热、齿条罩、车门部件、保险杠护板、顶衬、车窗件、装饰护条、传送皮条、输油输气管路。此外,聚氨酯轮胎一般采用浇注工艺制造,其结构同目前生产的橡胶轮胎有很大的区别。全聚氨酯充气轮胎的胎体和胎面分别用不同模量的聚氨酯弹性体制作,以适应轮胎不同部位的性能要求。此外,采用子午胎胎体与聚氨酯胎面组成的复合轮胎,既能保持子午胎滚动阻力小、安全舒适性高的优点,又具有聚氨酯弹性体耐磨、无污染的特点,这种复合轮胎的行驶里程比普通轮胎能够提高1~5倍。

  聚氨酯胶粘剂

  聚氨酯胶粘剂是多元异氰酸酯和多元醇反应的产物,因其主体树脂分子中含有大量极性基团和活性反应基团,可对多种基材(如金属、塑料、木材、织物、玻璃等)有极好的粘接性,并能常温固化。使用不同原料配制聚氨酯胶粘剂,可以得到从柔软到坚硬的一系列不同硬度的胶粘剂,能满足不同基材粘接和使用条件的要求。聚氨酯胶粘剂还有一些特殊的优点,如极好的耐寒性、耐油性、耐磨性等。在汽车上应用最为广泛的聚氨酯胶粘剂主要有装配挡风玻璃(前挡风玻璃、侧窗和后窗)用单组分湿固化聚氨酯密封胶;粘接玻璃纤维增强塑料(FRP)和片状模塑复合材料(SMC)的结构胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氨酯胶等。

  现在与未来

  从50年代中期开始研究发展聚氨酯材料的中国,现在已经拥有了烟台万华、甘肃银光、沧州大化、蓝星等主要异氰酸酯生产商。今年,上海化学工业去的一体化异氰酸酯项目投产。巴斯夫及亨斯迈两大世纪级化工企业联手华谊集团、上海氯碱、上海高桥三大国内化工企业,共同投资兴建的世界级项目,充分反映了世界对中国聚氨酯行业的期盼。

  聚氨酯材料在中国的真正发展还是最近十几年的事情,而在车用聚氨酯方面我们不得不承认,中国跟世界先进的汽车及汽车配件国家还有相当的差距。

  从汽车配件的大行业形式来开,中国的汽车工业及汽车零配件行业在加入WTO之后,并没有像很多人想象的那样遭受粉碎性打击。恰恰相反,加入世贸的五年正是中国的汽车及汽车配件行业发展最快的五年。我国汽车零部件工业正处在新一轮的发展高峰期。国际采购商对中国汽车零部件的青睐,国家“十一五”规划对全面提升汽车零部件行业竞争力的定位,为我国汽车零部件的发展带来了大好机遇。拿福特公司举例,在过去的2006年福特汽车在中国采购的汽车零部件和系统将超过26亿美元。

  美国福特汽车公司董事长比尔?福特说,说,尽管福特汽车在北美的业务遇到困难,但仍将继续增加对华投资。迄今为止,福特汽车在中国内地投资总额超过13亿美元,在建的长安福特马自达汽车有限公司南京分公司和长安福特马自达发动机公司进展顺利,将于2007年上半年和下半年分别投产。

  据估计,“十一五”期间,中国的零部件市场将会达到35%的年增长率。2010年之前,中国零部件的出口额将达到400亿美元。

  据估计,“十一五”期间,中国的汽车行业将以每年10%的速度增长,2006年汽车产销量就突破700万辆。按每辆车消耗20公斤聚氨酯计算,“十一五”期间汽车用聚氨酯的消耗量就要达到85万顿。

  按照汽车保有量计算,现在中国每千人的汽车保有量不足30辆,与世界平均数100辆/千人,还有巨大差距。按每千人增加一辆车计算,中国需要增加汽车130万辆,消耗聚氨酯2.6万吨。面对中国3600万辆的汽车,中国持有驾驶执照的人数却为7400万,而且这个数字还在以更高的速度增长,如果中国汽车行业的从业者们真的能让每个有驾照的人都有车开,那将是一个难以估量的市场。

  然而,当我们面对这样庞大的市场和百年难遇的历史机会的时候,中国的车用聚氨酯行业准备好了吗?中国的车用塑料行业准备好了吗?中国的汽车配件业准备好了吗?

  因为原材料的价格不断上涨、成本压力加大,目前,70%以上的跨国零部件巨头都已齐聚中国,零部件企业边缘化,外资控股、独资化倾向越来越明显。中国企业正在多重压力下生存。

  我国汽车零部件企业研发投入目前只占销售收入的1.4%左右,远远低于跨国公司平均5%的水平。研发经费的不足,直接导致研发设施落后,造成研究开发能力弱。开发能力不足和自主品牌产品竞争力不强,严重制约了汽车零部件国际竞争力的提升。

  国内车用聚氨酯生产企业中拥有很高技术水平的并不多,产品别它性不够,竞争严峻。

  面对这样的问题,也许车用聚氨酯的企业应该从以下几个方面入手来争取更大、更好的发展:
1、 配件厂与整车厂共同发展,协力开发,充分发挥群体优势。
2、 努力实现为整车配套。
3、 研发产品应当站在全球的高度思考问题,在保持核心竞争力的同时,努力争取保持领先地位,以便不被市场淘汰。
4、 努力发展规模效应,在进行OEM配套的同时,应当大力开发零售市场。
5、 除了保持技术创新之外,还应该注意研究汽车后市场及用户的个性化需求。
6、 努力向国际化、合作化、协作化、专业化、标准化、配件的通用化、模块化发展。

  不过无论如何,聚氨酯作为一种性能卓越的材料,必将在汽车制造及汽车配件领域获得更多的应用和发展机会。本刊也热切希望车用聚氨酯行业能有更好的发展,中国的车用聚氨酯企业能够借助“十一五”国家大力发展汽车零部件行业的机会获得更大的成长。
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