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在汽车燃油部件中拓展夺钢®/DURACON® POM的市场并提供新品级


在汽车燃油部件中拓展夺钢®/DURACON® POM的市场并提供新品级


1. 序言

聚甲醛树脂(以下简称POM树脂,本公司商品名为“夺钢®”)因具备优秀的机械特性、耐热性、耐燃料性和良好的成型加工特性,被大量应用于汽车燃油部件。燃油部件是与油箱相连接的各运转零部件的总称。具体的零件名称、使用树脂材料案例、最重要特性如表1所示。本文将介绍选择夺钢® POM作为燃油部件的理由以及具体采用的零件,并介绍与最新燃料类零部件对标的品级。


表1 : 燃油部件一览

零件名称

主要树脂材料

最重要特性

 油箱

 EVOH、HDPE、PA

 冲击性
 气体屏障性

 燃料管

 PA、氟系树脂

 冲击性

 气体屏障性

 导电性

 燃油泵组件(模块)

 POM

 长期耐用性

 尺寸稳定性

 模块固定螺母  POM  长期耐用性
 油箱盖  POM、PA

 冲击性

 导电性

 加油口  PE、PA

 冲击性

 气体屏障性

 导电性

 阀门类  PA、POM、PBT

 气体屏障性

 熔接性



图1-1 : 燃油部件(汽车整体)

图1-2 : 燃油部件(燃油泵组件)


2.选择夺钢®/DURACON® POM用于汽车燃油部件的理由

(1) 初始机械物性

夺钢的标准型(MFR※1 : 9左右)M90-44被大量用于燃油部件。这是由于其拉伸强度、弯曲弹性率、简支梁冲击强度、负荷变形温度等基本的初始特性满足作为结构部件所需要的机械物性和耐热性。

图2-1为M90-44在室温下拉伸强度试验中的SS曲线(应力-应变曲线)。屈服应变※2 约为8%,弹性优良,所以适合连接时伴有暂时性百分之几变形的卡扣结构,可以实现组装的简化。

另外,在欧洲和美州的部分地区,高流动型(MFR※1 : 14左右)的品级也获得了广泛的应用。这是由于考虑到优良的成型特性,本公司也推出相应的品级(H140-54C,详细情况在后半部分说明)。


图2-1 : 拉伸强度试验中的SS曲线(应力-应变曲线)

※1 MFR是塑料材料熔融流动性的参考值

※2 屈服应变为拉伸强度的最大应力值附近的应变

参考)卡扣设计

https://www.polyplastics.com/ch/support/othe/snapfit_design/index.html



(2) 耐燃料性

与初始机械物性同样重要的是浸泡双成分混合燃料(模拟燃料:FuelC+甲醇15%)后的机械物性,如图2-2、图2-3所示。

通过图2-2可以得知,无论浸泡哪一种燃料,浸泡5000小时后的拉伸强度保持率都在80%以上,此外,在300小时以后将长时间保持固定值。原因如图2-3所示,燃料膨润量在300小时左右达到了饱和状态,饱和膨胀以后物性不会继续发生下降。另外,通常POM的燃料透过性通常可以保持实用水平(约30g/m2、24hr•atm、@60℃•1mmt)。综上所述夺钢在长时间燃料浸泡下具有足够的耐性。

其他双成分混合燃料(例如常规汽油/甲醇等任意混合比例的燃料)的饱和膨润量及力学寿命预测等问题,在过去的pla-topia1)中对实测数据进行了理论性考察,请参照链接
燃油部件的寿命预测技术”。

 

图2-2 : 燃料浸泡后的拉伸强度保持率

图2-3 : 燃料浸泡后的重量变化率

(3) 焊接性

以M90-44为代表的夺钢可以进行各类焊接,如热板焊接、超声波焊接、激光焊接等,适合焊接POM各零件从而实现模块化也是其被采用的原因之一。

 

另外,汽车燃油部件对于可靠性要求较高,夺钢优良的射出成型特性(成型周期较短、脱模性好等)以及出色的尺寸稳定性也是其长期持续获得采用的重要原因。



3. 推荐使用夺钢®/DURACON® POM的汽车燃油部件

(1) 模块固定螺母

树脂螺母用于将燃油泵模块固定于油箱。为了该目的有时也使用金属锁机制,但是推荐使用夺钢中具有耐蠕变性(蠕变破坏寿命长,蠕变变形小)的高强度类型的品级。


(1) 燃油泵模块

该组件整合了将燃料从油箱供应到引擎的功能,通常是将燃油泵、燃油发送器、燃油过滤器、压力调节器等各零件进行模块化(功能整合一体化)。大多数的零件都采用了夺钢以及DURAFIDE® PPS。


(3) 油箱盖

 

加油口的盖子。对于等构部件为了保障稳定的滑动性推荐使用夺钢滑动品级,为了在反复使用下保持紧固力,推荐使用M90-44或M25-44。 最近,开始采用可以打开油箱帽,直接插入喷嘴加油的无盖系统2),与以往的有盖系统相同,推荐使用夺钢的各品级产品和高刚性的DURAFIDE的各品级产品。


(4) 阀门类

油箱装有ORVR(Onboard Refueling Vapor Recovery)阀、截止阀等阀门类零件。ORVR阀防止加油时燃料蒸发气体从加油口排放到大气中。截止阀防止车辆侧翻时燃料从油箱流到外面。两个零件都推荐使用具有良好机械物性及出色组装性(扣合性、焊接性)的夺钢标准品级产品(M90-44)。 此处列举的燃料类零件的近期趋势包括,控制器一体型燃油泵模块和燃油泵的无刷化等。这些技术都可以实现省电化,为了对实现这一目标做出贡献,本公司也在积极地提供材料并推进技术研发。



4. 最新品级的介绍

下面介绍3个最新的材料。(表2-1)

每个品级都以易于成型为重点,具有高流动性,同时为了提高设计自由度,具有高刚性。另外,各品级根据目的被赋予了不同的功能。


(1) 高流动、高刚性品级 H140-54C

高流动型(与MFR14相当)的POM成型条件(炮筒条件、射出压力)范围较广,在欧洲被作为标准使用。本品级被赋予了高流动性和高刚性。旨在通过提高刚性,降低产品的厚度,并通过高流动化,抑制厚度降低引起的射出成型时峰值压力的上升。通过使用本品级的产品可以实现零部件的小型化和轻薄化。


(2) 导电品级(开发材料)

燃料周围的零部件为了防止静电,通常使用赋予导电性的材料。一般情况下,赋予导电性会影响其他特性,导致流动性和韧性降低。但是,本品级在保持POM树脂所具备优点的同时,成功地赋予了导电性。

 

耐酸试验的评估方法(图3-2)

(1)向ISO拉伸试验片(4mmt)施加一定的变形

(2)将pH=1左右的酸涂抹在整个试验片上

(3)24小时后检查试验片的表面,如果没有出现断裂的话,视为通过1次循环(图3-3)

(4)重复(2)→(3)的操作,测量出现断裂的循环次数


(3) 耐酸性品级(开发中)

本品级产品在高流动、高刚性材料的基础上赋予了耐酸性。如图3-1所示,POM由于酸分解反应,具有怕强酸的特性。燃油部件中,安装在油箱外的ORVR阀、截止阀、燃油泵模块的凸缘部位等零件可能会被来自汽车清洗剂、酸雨等酸性成分损坏。本品级为了大幅改善POM的耐酸性弱点推进研究开发。本公司的耐酸试验方法如下所示。



图3-1 : POM酸分解反应


图3-2 : 耐酸性评估方法


图3-3 : 耐酸性评估后的表面状态(左:断裂品、右:未断裂品)


表2 : 最新品级的物性表
 

高强度

导电性

标准

H140-54C

开发材料

标准品级

 MFR

g/10min

14

11

9

 拉伸强度

MPa

72

69

62

 拉伸断裂公称变形

%

34 11

35

 拉伸弹性率 MPa 3,050 8,000 2,700
 夏比冲击强度  kJ/m2 6 4

6

 DTUL  ℃ 101 -

95

 体积电阻率 Ω-cm - 2 × 103

1 × 103



5. 结语

人们正在寻求新的汽车能源,摆脱石化燃料。另一方面,因为燃料效率提升,现有动力系统在未来将继续保持一定的比例。本公司今后将继续致力于燃油部件的小型化和轻量化,或改善其功能,并为此不断开发新材料、传播新技术。





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2019/06/25