改性尼龍進氣歧管的大揭秘

2023-07-12 17:12:19 點擊數：來源：http://www.saohai.cn

改性尼龍進氣歧管的大揭秘
發動機進氣歧管是汽車動力系統主要部件之一，傳統材料為鑄鋁，空氣通過進氣歧管的分配進入到各氣缸內，使燃氣充分燃燒。發動機部件要求性能為耐 -40~150 寬范圍溫度的耐熱性、耐熱老化、耐燃油、耐各種潤滑油、耐化學性（包括道路上的氯化鈣等），耐落錘沖擊性、振動和音頻衰減性，對振動和外力有優良的耐久性,另外材料還應密度小、翹曲小、成型容易。

所以，一開始就選用增強尼龍為主要材料。塑料進氣歧管不僅質輕，而且由于內壁光滑，改進氣體流動性（提高流量），隔熱效果好，進氣效率高，因而提高了發動機性能和燃料利用率。

國外早在20世紀70年代就開始研究樹脂基復合材料汽車進氣歧管。與傳統的金屬進氣歧管相比，樹脂基復合材料進氣歧管的優點為：

①輕量化，可以減輕40％-60％；

②零件數量減少，易于實現多零件的集成和整體成型；

③提高發動機性能，由于復合材料管內表面的平滑性和低的傳熱系數而使吸人空氣的溫度降低。

因此用樹脂基復合材料進氣歧管代替傳統的金屬進氣歧管已成為新的發展趨勢。

在歐洲、美國和日本等國已經基本實現普通用車(主要是轎車)采用塑料進氣歧管。目前國外轎車用汽油機90％都采用塑料進氣歧管。

塑料進氣歧管的常用材料

塑料進氣歧管的材料，不論用那種材料都必須能承受住現代發動機室內的苛刻環境。因此，為了保證塑料進氣歧管能長期正常工作，材料的耐熱、耐老化、抗拉強度、剛性和抗蠕變性能非常重要。

目前塑料進氣歧管的材料主要使用尼龍(PA)／玻璃纖維(GF)復合材料。這種材料不僅具有較好的機械性能、更輕質、韌性好、耐水，耐酸堿性、生產周期短、適合大批量工業生產、為環境友好型材料等優點。

尼龍中加入玻璃纖維可以增加塑料的拉伸強度和彎曲強度及彈性，提高產品的抗沖擊和抗拉伸能力，同時也能提高產品的工藝尺寸穩定性。缺點就是注塑時容易出現玻璃纖維外露，質量難以保證。

尼龍品種中有尼龍6和尼龍66，在常溫狀態下，玻纖增強的尼龍66與尼龍6的各項性能均十分優異，但玻纖增強尼龍66的抗拉強度、熔點和抗蠕變性均高于玻纖增強尼龍6，而尼龍6的抗沖強度高于尼龍66。在長時間高溫狀態下，尼龍66各項性能的下降程度均比尼龍6低，性能保持較好。在塑料進氣歧管材料的選擇上，可按成型工藝來選擇。

近年來，已開發出專門應用于振動摩擦焊的尼龍66，可適用于激光焊接玻纖增強尼龍6、尼龍66等并已應用于生產。

塑料進氣歧管的新型材料

(1)聚鄰苯二酞胺

目前國外已使用聚鄰苯二酞胺(PPA)制造進氣歧管，并己應用到克爾維特、卡麥羅、火鳥車型的LSl和L56發動機用進氣歧管。此種類型的進氣歧管通常設計成三個部分，通過螺栓一起固定到發動機上。在高溫高濕狀態下，PPA的拉伸強度比PA6增加20％，也比PA66更高。此外在低速低負荷時，其功率、扭矩提高幅度可達10％以上。

比利時的Solvay公司推出的35%玻纖增強的PPA(聚鄰苯二酰胺)已用于LSX的進氣歧管，與現有尼龍進氣歧管相比，質量減輕25%，各項性能優異，且提高發動機功率。

(2)酚醛樹脂

德國寶馬公司生產的BMW735i和745i新系列轎車的AIM采用熱固性酚醛樹脂為材料，寶馬公司、德國鮑姆加藤的模具體系生產廠(Pierburg公司)和材料供應廠(比利時Vyncolit N.Y公司)共同開發完成了這個項目。新材料 VyncolitX 7250是玻纖和玻璃微珠增強酚醛樹脂，在140攝氏度下仍具有高剛性，制品平均壁厚僅3mm。

(3)尼龍/SPS共混物

俄羅斯最大的汽車生產廠Avtovaz公司在俄羅斯的汽車也采用了塑料進氣歧管，材料是美國Dow公司的35％玻璃纖維增強間規聚苯乙烯(SPS)和尼龍(PA)共混物Qustra N，用于其3個Lada發動機(SOHV 1.5SoHV 1.6和DOHC 1.6)。Qustra N以尼龍6、尼龍66或尼龍6/尼龍66共混物為連續相，因此仍保持尼龍良好的加工性和表面外觀。

分散相SPS降低材料的吸濕性、提高尺寸穩定性和抗翹曲性，SPS在汽車發動機罩下溫度環境中仍基本保持原有的力學性能。AIM用材料的牌號為Qustra N WA 9735-01。

塑料進氣歧管的成型工藝

塑料進氣歧管的成型工藝較為復雜，這是因為一般的注射成型技術難以加工如此形狀復雜的較大型中空部件。國外在這方面進行了大量的研究工作．已開發出熔模型芯法、模具滑合注射成型法、模具旋轉注射成型法、振動焊接法，以及注射模塑復合成型法等成型加工方法，但目前主要采用熔模型芯工藝和振動焊接工藝。

熔模型芯法

熔模型芯法也稱熔芯注塑成型技術，其工藝示意圖見圖1。該工藝是用低熔點的金屬(多用錫鉍合金)制作注塑模具的型芯，作為嵌件安放在模腔中，經注射成型、脫模后，再把制品放人特殊的熱浴中，使型芯熔化回收再利用。該技術的優點是較快的整體成型與生產率、較高的成品率，能成型形狀非常復雜的中空零件，且產品質量穩定可靠。

與振動焊接工藝比較，熔模型芯成型工藝具有操作簡單、產品質量穩定可靠等優點，故得到了廣泛的應用。

注塑成型要求使用精密注塑機，克重要求為l000~0.05g。因注塑克重不足，易使產品產生微孔，當受到振動和回火壓力沖擊時，易使塑料進氣歧管破裂，中國第一汽車集團公司采用了德國Demag公司的Closed LoopControi式注塑機。

振動焊接工藝

振動焊接工藝基本上是一種簡單的摩擦焊，將兩種分開的熱塑性零件壓合后沿同一軸線以一定振頻率做相對運動，使接觸部分摩擦受熱并熔化，振動停止后形成焊縫，將兩個零件焊接在一起。振動焊接工藝投資少、成本低，但由于存在氣道部分內壁未焊透等問題，焊縫仍為薄弱點，現階段僅在柴油機的進氣歧管上得到應用。

在焊接成型時，焊接縫上增強材料的玻璃纖維排列發生了變化，起不到增強作用，焊接縫的焊接強度對抗爆破壓力影響很大，焊接縫處得不到玻璃纖維增強，其抗爆破壓力強度決定于基礎材料。在靜態壓力測試中，尼龍6的焊接強度性能高于尼龍66，這是尼龍6適用于振動摩擦焊接成型方法的原因。

CA4GE發動機塑料進氣歧管的成型方法選擇了振動摩擦焊成型工藝，確定使用BASF公司的BASF 8233GWHS BK102 尼龍6玻璃纖維增強材料。

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