新型耐高温材料在汽车上的应用

 帝斯曼工程塑料最近开发并申请专利保护的新技术进一步延长了汽车发动机部件的功能寿命。通过抑制热降解，新型Stanyl® Diablo OCD2100材料能在温度高达220℃的环境中持续暴露7000小时，其机械性能损失不到15%。而竞争品牌的材料在暴露时间远不到3000小时前就化为了粉末。 在汽车领域中已应用约20年的Stanyl® ，在高温条件下具有优异的刚性、耐疲劳和耐磨损性能，使其成为制造汽车部件的一种关键材料。 技术升温带高工作环境温度 随着对材料环保技术和减少能源消耗的呼声越来越高，汽车行业承受的压力也越来越大，为汽车零件材料的创新提供了充足的动力。欧洲政府也制定了更加严格的温室气体减排要求(欧Ⅴ和Ⅵ)。 在过去十年中出现了新一代的汽车，其搭载的发动机虽小，涡轮压力却更高，而且这一趋势将在未来的十年得到延续。另一发展趋势就是汽车轻量化，通过提高燃油经济性来减少燃料消耗。然而，这些对相关技术的开发和引进却导致汽车底盘的空间更小，而且更糟糕的是，这个空间内的温度也变得更高。因此，诸如空气管、进气歧管、增压空冷器气室等零件都将持续处于210℃(甚至更高)的工作环境中。 汽车制造商对热塑性塑料的高热稳定性要求很高，帝斯曼的新型耐高温Stanyl® Diablo材料便应运而生。 更高的热负荷和寿命要求对汽车发动机零件的材料来说可谓寓意深远。在涡轮增压柴油发动机所产生的新高温条件下，主机厂和系统供应商们再也不能简单地依赖于标准的聚酰胺材料提供所需要的连续耐热性能。事实上，温度一旦超过190℃，所有高性能热塑性塑料的预期寿命都会大大缩短。由于氧化降解，树脂在长时间暴露于高温环境后会不断变薄，丧失强度。 帝斯曼分析调查了Stanyl是如何在新的高温要求条件下保持其力学性能的，深入调查其分解机制，发现Stanyl® Diablo并不像市场上的其它同类产品那样仅仅依靠传统的抗氧化剂。相反，力学性能的退化可以通过控制氧化机制得到有效地减轻。调查表明，常规聚酰胺的退化层开裂加速了材料的降解，进而导致产品性能的丧失。因此，必须同时控制化学变化和物理变化两方面，而传统观点一般把重点只放在了化学过程上。通过限制热氧化破裂，Stanyl® Diablo OCD2100的耐高温性得到很大的提高(见图2)。 在研究初期，项目小组就要求客户Stanyl® Diablo材料置于特定环境中测试。尽管帝斯曼把重点放在涡轮增压柴油发动机的空气管和空冷器气室两个方面(预期空冷器气室是最佳应用选择)。然而，客户的反馈表明Stanyl® Diablo同样非常适合增压热管，其焊接性能和熔接强度很高。这对热增压空气管来说是一个重要的认识，该零件通常是由两个部件焊接在一起，而焊缝是其最薄弱的环节。 对于由注塑成型的两个外壳焊接起来的空气管来说，焊接的高温稳定性能是非常关键的。Stanyl® Diablo OCD2100的该性能已经超越目前的高耐热树脂，且在可焊接性能和熔接强度也更胜一筹(见图3)。此外，材料的低蠕变性和疲劳特性有助于延长产品寿命，改善使用寿命期限内的产品可靠性。 帝斯曼目前正在研究一款全新等级的Stanyl® Diablo，它将适用于增压空气冷却器端盖。开发工作的目标是能够承受高达250℃的持续高温和满足其它环境要求。