Nylon (PA), een van de meest gebruikte technische kunststoffen, bezit mechanische eigenschappen en hittebestendigheid die superieur zijn aan die van kunststoffen voor algemeen gebruik. Het heeft ook een uitstekende slijtvastheid, weerstand tegen vermoeidheid, corrosieweerstand, elektrische isolatie en verwerkingsgemak, waardoor het veel wordt gebruikt in de automobiel- en machinebouwsector.

In verschillende auto-onderdelen wordt PA, vergeleken met polypropyleen (PP), vaker gebruikt in onderdelen die hogere prestaties vereisen, zoals motorrandapparatuur en verschillende soorten leidingen. Daarom is het noodzakelijk om PA te modificeren om de mechanische eigenschappen en hittebestendigheid ervan te verbeteren en om het extra functionele kenmerken te geven. Dit zorgt ervoor dat het beter voldoet aan de toepassingseisen van verschillende structurele en functionele componenten in auto's.

De modificatie van PA (polyamide) omvat voornamelijk fysieke modificatiemethoden, waaronder modificatie van vezelversterking, modificatie van het vullen van anorganische deeltjes, modificatie van menging en modificatie van schuimvorming. Voor hittebestendig PA is copolymeermodificatie ook een veelgebruikte modificatietechniek.

I. Onderzoek naar modificatietechnologie van PA voor algemeen gebruik voor gebruik in de auto-industrie

1. Vezelversterkte modificatie

Modificatie van vezelversterking is een van de meest gebruikte modificatietechnieken, primair gericht op het verbeteren van de mechanische eigenschappen van polyamide (PA). De versterkende vezels die doorgaans worden gebruikt, zijn glasvezels (GF) en koolstofvezels (CF). De mechanische eigenschappen van vezelversterkte PA zijn nauw verbonden met het type, de lengte en de inhoud van de vezels, evenals met de grensvlakbindingstoestand tussen de vezels en PA. Deze eigenschappen worden ook sterk beïnvloed door het fabricageproces. Vergeleken met korte vezels bieden continue vezels en geweven stoffen een grotere verbetering in de mechanische eigenschappen van PA, maar hun fabricageprocessen zijn complexer. De succesvolle bereiding van dergelijke vezelversterkte gemodificeerde PA-composieten is in belangrijke mate afhankelijk van de grondige impregnatie van de PA-hars in de continue vezels en geweven stoffen.

Vergeleken met korte vezels bezitten continu vezelversterkte thermoplastische composieten uitgebreidere mechanische eigenschappen en zijn ze een onderzoeksfocus en ontwikkelingsprioriteit geworden op gebieden als de automobielindustrie, het spoorvervoer en de lucht- en ruimtevaart.

In tegenstelling tot enkele vezels kunnen vezelweefsels thermoplastische composieten in meerdere richtingen op tweedimensionale of driedimensionale schaal verbeteren. Bovendien hebben met vezelweefsel versterkte thermoplastische composieten, vergeleken met thermohardende composieten, een kortere gietcyclus, wat resulteert in relatief lagere productiekosten. Bovendien kunnen ze meerdere keren worden gerecycled, waardoor ze steeds vaker worden gebruikt in de auto-industrie en andere sectoren.

Naast CF (koolstofvezel) en GF (glasvezel) kan ook basaltvezel (BF) worden gebruikt om PA (polyamide) te versterken. Onderzoekers hebben milieuvriendelijk BF gebruikt als versterkend materiaal om PA6/BF-composietmaterialen te bereiden, met als doel het probleem van slechte grensvlakbinding tussen BF en de harsmatrix aan te pakken.

2. Modificatie van anorganische deeltjesvullers

Anorganische deeltjes zijn overal verkrijgbaar, kosteneffectief en kunnen bepaalde eigenschappen van kunststoffen verbeteren, die meestal worden gebruikt voor het modificeren van kunststofvullingen. De meeste anorganische deeltjes zijn echter niet erg compatibel met de harsmatrix in kunststoffen, en vereisen in het algemeen oppervlaktemodificatie of de toevoeging van verenigbaar makende middelen om de grensvlakcompatibiliteit te verbeteren. Door oppervlaktebehandelde anorganische deeltjes aan PA (polyamide) toe te voegen of compatibilisatoren in met anorganische deeltjes gevulde PA-systemen te introduceren, kunnen de mechanische eigenschappen van PA aanzienlijk worden verbeterd, waardoor het geschikt wordt voor toepassingen in de automobielindustrie en andere gebieden. Bovendien kunnen anorganische deeltjes worden toegevoegd aan vezelversterkte PA-systemen om de synergetische modificatie-effecten van anorganische deeltjes en vezels te benutten.

Het opnemen van silica in PA6 (polyamide 6) om de mechanische eigenschappen ervan te verbeteren, is een modificatiemethode die de prestaties helpt verbeteren van PA-producten die worden gebruikt in auto-onderdelen.

Het gebruik van talkpoeder om PA6-materialen voor gebruik in de automobielsector te modificeren, heeft tot doel de materiaalkosten te verlagen en de materiaalprestaties te verbeteren. Deze aanpassing kan de verwerkbaarheid van PA6-composietmaterialen aanzienlijk verbeteren en met name de trekeigenschappen verbeteren, terwijl de buigprestaties en thermische eigenschappen van puur PA6 behouden blijven.

Het opnemen van grafeen-nanoplaatjes in PA610 kan worden gebruikt om de mechanische en thermische eigenschappen van PA610-materialen voor auto's te versterken.

3. Schuimmodificatie

Lichtgewicht is een van de belangrijkste richtingen in de huidige auto-ontwikkeling. Door schuimtechnologie te gebruiken om op PA gebaseerde microcellulaire geschuimde materialen te produceren, is het mogelijk een aanzienlijk lichtgewichteffect te bereiken. De aanwezigheid van microcellulaire poriën geeft het PA-materiaal ook eigenschappen zoals geluidsisolatie en thermische isolatie, waardoor het toepassingspotentieel van PA-materialen in de auto-industrie wordt vergroot.

4. Mengwijziging

Onderzoekers hebben een nieuwe, halogeenvrije, vlamvertragende versterkte PA66/PA6-legering ontwikkeld voor hoogspanningsconnectoren in elektrische voertuigen, met behulp van een vlamvertragend systeem bestaande uit aluminiumdiethylfosfinaat en aluminiumhypofosfiet, met glasvezels (GF) als versterkingssysteem. Er werd gevonden dat PA6 een minimaal effect had op de vlamvertraging van de legering. Naarmate het gehalte aan PA6 in de legering toenam, namen de sterkte en modulus van het materiaal af, terwijl de kerfslagsterkte verbeterde. Na veroudering bij 85°C en een relatieve vochtigheid van 85% gedurende 1000 uur nam de waterabsorptiesnelheid van de legering toe met het PA6-gehalte, en namen de elektrische isolatieprestaties onder hoge temperatuuromstandigheden geleidelijk af naarmate het PA6-gehalte in de legering toenam.

Bovendien werd door het mengen van acrylonitril-butadieen-styreen (ABS)-rubberpoeder met PA6 een gekleurd PA6/ABS-legeringsmateriaal voor gebruik in de automobielsector bereid. Bovendien werd de snelheid van kleurverandering na thermo-oxidatieve veroudering verminderd door toevoeging van titaniumdioxide. Het voorbereide grijze PA6/ABS-legeringsmateriaal is met succes toegepast op accessoires voor kinderautostoeltjes.

5. Wijziging van de hittebestendigheid

Onderzoek heeft vier typen hittebestendige middelen van maleïnezuuranhydridecopolymeer gesynthetiseerd, namelijk poly(N-fenylmaleïmide-alt-styreen) (PNS) met een stijve structuur, gecarboxyleerd PNS (PCS), gefluoreerd PNS (PFS) en een kruislings geoxideerd PNS. koppelbare structuur van poly[N-(4-carboxyfenyl)maleïmide-alt-triallylisocyanuraat] (PCT). In het onderzoek werd de impact van deze vier hittebestendige middelen op de thermische weerstand van PA6 (polyamide 6) onderzocht. De resultaten gaven aan dat PCT-gemodificeerd PA6 de beste thermische weerstand vertoonde, gevolgd door PFS (10%) gemodificeerd PA6 (182,3 °C), vervolgens PCS (10%) gemodificeerd PA6 (164,8 °C) en ten slotte PNS (15%) gemodificeerd PA6 ( 138,5°C).

II. Onderzoek naar modificatietechnologie van hittebestendige PA voor gebruik in de automobielsector

Vergeleken met conventionele PA's (zoals PA66 en PA6) zijn tegen hoge temperaturen bestendige PA's bestand tegen hogere temperaturen en beschikken ze over een betere hittebestendigheid, waardoor ze geschikter zijn voor de productie van auto-onderdelen die hogere thermische prestaties vereisen. PA's op hoge temperatuur hebben echter een hoger smeltpunt en een slechtere vormbaarheid, en moeten over het algemeen worden gecopolymeriseerd met andere monomeren om goede verwerkingseigenschappen te bereiken.

De PA6T en PA66 worden gemengd om een zout te vormen in een polymerisatieketel met behulp van een oplossingspolycondensatiemethode bij hoge temperatuur en hoge druk, en vervolgens wordt het PA6T/66-copolymeer geproduceerd door middel van directe polycondensatie. Dit copolymeer kenmerkt zich door een uitstekende hittebestendigheid en goede verwerkbaarheid, waardoor het geschikt is voor gebruik in autoconnectoren.

Een semi-biogebaseerd, tegen hoge temperaturen bestendig copolymeer PA, poly(tereftaalzuur-pentamethyleendiamine/co-adipinezuur-pentamethyleendiamine) (PA5T/56), werd bereid door oplossingspolymerisatie bij hoge temperatuur. Dit semi-biogebaseerde, tegen hoge temperaturen bestendige copolymeer PA vertoont een betere thermische ontledingsstabiliteit en verkoolde vorming dan PA6T/66, terwijl de mechanische eigenschappen vergelijkbaar zijn met die van PA6T/66. Het kan worden toegepast op het gebied van auto-onderdelen die een hoge hittebestendigheid en hoge sterkte vereisen.

Een tegen hoge temperaturen bestendig PA62-copolymeermateriaal werd geproduceerd door het polymeriseren van hexamethyleendiamine, een copolymeerdiamine en dibutyloxalaat via een methode die oplossingspolymerisatie omvat, gevolgd door polycondensatie in vaste toestand. Dit type materiaal heeft een breed scala aan toepassingen in gebieden zoals rond automotoren waar een hoge hittebestendigheid vereist is.

Met het oog op de uitstekende barrière-eigenschappen, mechanische eigenschappen, hittebestendigheid en lage waterabsorptie van poly (m-xylyleenadipamide) (PAMXD6), werd een met glasvezel (GF) versterkt gemodificeerd PAMXD6-composietmateriaal bereid door antioxidant 1098 en smeermiddel TAF101 op te nemen. . Dit GF-versterkte PAMXD6-composietmateriaal beschikt over een hoge sterkte, uitstekende maatvastheid en superieure oppervlakte-eigenschappen (vrij van oppervlaktevezels).

III. Onderzoek naar de toepassing van gemodificeerde PA in auto's

3.1 Leidingcomponenten

Leidingcomponenten spelen een zeer belangrijke rol in auto's, met een grote verscheidenheid aan typen, waaronder olietoevoerleidingen, koelvloeistofleidingen, remleidingen en meer. Naast dat de overeenkomstige materialen goede mechanische eigenschappen moeten hebben, moeten onderdelen van auto-leidingen ook uitstekende hydrolysebestendigheid, weersbestendigheid en weerstand tegen hoge temperaturen bezitten.

PA, of polyamide, is een veelgebruikt materiaal voor onderdelen van autobuizen. PA's met kortere koolstofketens, zoals PA6 en PA66, hebben echter een hogere dichtheid aan amidebindingen en zijn gevoelig voor vochtabsorptie, wat de sterkte en hydrolyseweerstand van het materiaal negatief kan beïnvloeden.

Het beheersen van de waterabsorptiesnelheid van PA is een cruciale factor geworden bij het verbeteren van de prestaties van PA-buizen voor auto's. Bovendien heeft PP, of polypropyleen, een relatief slechte hittebestendigheid, wat een negatieve invloed kan hebben op de hoge temperatuurbestendigheid van PA. Speciale technische kunststoffen vertonen daarentegen een betere hittebestendigheid, en sommige soorten hebben ook een lagere waterabsorptie, zoals polyfenyleensulfide (PPS). Door PPS te combineren met PA kan een composietbuis met uitstekende hittebestendigheid en hydrolysebestendigheid worden verkregen, waardoor deze geschikt is voor gebruik in koelvloeistofpijpleidingen voor auto's.

Vergeleken met PA's met een korte keten (PA6, PA66) hebben PA's met een lange keten (PA12, PA612, PA11, PA1010, PA1012) een lagere amidebindingsdichtheid en een lagere waterabsorptiesnelheid, waardoor ze de meest gebruikte PA-materialen zijn voor buiscomponenten. De verwerkingsmethode voor PA-buizen met lange keten is doorgaans extrusiegieten, en het gietproces heeft een zeer belangrijke invloed op de prestaties van PA-buizen met lange keten.

PA kan worden vervaardigd in waterleidingen en worden gebruikt in de waterkoelsystemen van nieuwe energievoertuigen. PA kan ook worden gebruikt voor de productie van barrièrematerialen voor airconditioningslangen voor auto's.

3.2 Andere auto-onderdelen

Naast de toepassingen in pijpleidingcomponenten worden PA-materialen (polyamide) steeds vaker gebruikt in randcomponenten van automotoren. Dit omvat onderdelen zoals de luchtkoeler met turbocompressor, het inlaatspruitstuk, het hitteschild van de inlaatpoort, de turbopijpresonator en het turbokanaal aan de hete kant.

GF-versterkte PA vertoont uitstekende prestaties en kan worden gebruikt in een verscheidenheid aan auto-onderdelen. Door bijvoorbeeld anorganische minerale vulstoffen en GF-versterking via composietmodificatietechnieken op te nemen en componenten toe te voegen zoals hardingsmiddelen, antioxidanten en smeermiddelen, kan een zorgvuldig geformuleerd gemodificeerd PA6 worden geproduceerd voor gebruik in motorkappen van auto's. GF-versterkte PA6 werd al toegepast in de stuurkolommodules van de nieuwe BMW Series 3 tot Series 7 auto’s, waarmee een gewichtsreductie van 20% werd bereikt. GF-versterkte PA66, met zijn goede mechanische eigenschappen en lage waterabsorptie, kan worden gebruikt voor de vervaardiging van autoconnectoren.

Bovendien wordt de toepassing van verschillende gefunctionaliseerde gemodificeerde PA-materialen in auto-onderdelen steeds wijdverspreider. Radiatoren gemaakt van PA-materialen met een hoge thermische geleidbaarheid kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt in mistachterlichten van auto's. Vergeleken met traditionele aluminium radiatoren is niet alleen het gewicht met 30% verminderd, maar voldoen ze ook aan de koel- en mechanische prestatie-eisen van LED-mistachterlichten, en worden de productiekosten verlaagd. Hierdoor wordt het "plastic in plaats van aluminium" voor mistlampradiatoren voor auto's bereikt.

Door polyamide (PA) met een geschikte viscositeit en verschillende soorten op polyolefine gebaseerde entelastomeren te combineren, is het mogelijk PA66-materialen te verkrijgen met een hoge vloeibaarheid en weerstand tegen lage temperaturen. Deze materialen kunnen worden gebruikt voor de vervaardiging van kabelbinders voor auto's. PA kan ook worden toegepast in de aandrijflijnbevestigingssystemen van nieuwe energievoertuigen. Vergeleken met montagesystemen van metaalmateriaal is er een gewichtsvermindering van ongeveer 37% tot 50% en een kostenbesparing van ongeveer 10% tot 28%, met relatief superieure dempingseffecten.