汽车发动机塑料进气歧管专用料应用现状与发展趋势

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摘要：综述了国内外汽车发动机塑料进气歧管的发展史、性能、原料树脂和发展趋势。重点介绍了采用尼龙6、尼龙66、聚邻苯二酰胺、间规聚苯乙烯/尼龙共混物等树脂在国内外进气歧管的应用现状，并根据中国汽车工业及相关工业现状，阐述我国汽车发动机塑料进气歧管专用料的发展趋势。

关键词：进气歧管；尼龙6；尼龙66；聚芳酰胺；发展趋势

Plastic air intake manifold of car engines application status and development trend

Abstract: Review the history, performance, resin for raw material and development trend of foreign plastic car engine Air Intake Manifolds(AIM). Highlight the domestic and overseas application status of the intake manifold resins such as Nylon 6, Nylon 66, Polyphthalamide, Syndiotactic polystyrene/Nylon blend etc. And according to the car and the related industrial situation in China, the paper describes the development trend of the plastic car engine intake manifold.

Keywords: manifold; Nylon 6; Nylon 66; aromafic polyamides; development trend

中图分类号：S219.031文献标识码： A 文章编号：

进气歧管(Air Intake Manifolds, AIM)是发动机进气系统中最重要的部件之一，其核心功能是为发动机各气缸提供充足而均匀的混合气，因此它对发动机的动力性和油耗有着非常大的影响。此外，进气歧管还为发动机电喷系统中的主要传感器和执行器提供结构支撑。进气压力传感器、温度传感器、喷油器、油轨、碳罐、可变进气阀、节气门体、怠速控制、刹车助力等均被安装在进气歧管上，是形状复杂的中空制品。

传统的进气歧管一般采用铸铁或铝合金材料，以铸铝材料为主，金属进气歧管存在制造工艺方面的困难，其成品率很难保证，同时存在表面粗糙，空气阻力大、质量大的缺点。1990年，德国宝马公司率先采用熔芯法成功地生产出塑料进气歧管，之后，塑料进气歧管以其重量轻、成本低、性能好等特点迅速取代了金属进气歧管，成为新型发动机的首选。

1.塑料进气歧管优点及材料性能要求

1.1 塑料进气歧管优点

a.在重量方面，由于塑料进气歧管一般采用尼龙材料，其比重约为铝合金材料的50%，管壁厚度一般为2.5～3mm，而铝合金进气歧管的壁厚一般大于4mm。因此，塑料进气歧管的重量相对要轻很多，通常仅为铝合金进气歧管的40%左右。

b.在动力性方面，由于塑料进气歧管的内壁比较光滑，空气阻力小，同时塑料的热传导率低于铸铝，使进入进气歧管的空气热膨胀率增加很小，提高了进气充量，有助于汽油在发动机缸内的充分燃烧，进而提高了发动机的效率，与铝合金进气歧管相比，发动机的动力性可提高3%～5%。

c.在经济性方面，塑料进气歧管能带来良好的气流，从而使发动机的经济性和排放都能得到明显改善。

d.在整体结构设计方面，设计自由度大，并可实现多零件的集成和整体成型。

e.在成本方面，虽然进气歧管所使用的塑料材料与铝合金材料的成本基本相同，但由于塑料进气歧管能够一次成型，成型后的合格率高，而铸造而成的铝合金进气歧管毛坯的成品率要低很多，且其机加工费用也相对较高，因此塑料进气歧管的生产成本通常比铝合金进气歧管低20%～35%。 1.2进气歧管材料性能要求

塑料进气歧管要求材料必须具有耐高温、强度高以及优良的尺寸稳定性、化学稳定性和热老化稳定性等方面的特点。 a.耐高温。由于进气歧管与发动机缸盖直接连接，而发动机缸盖常处于130℃～150℃的工作环境中，因此，要求所使用的塑料材料必须能够承受170℃的高温。 b.高强度。进气歧管不仅需要承受发动机的振动负荷、节气门和传感器的惯性力负荷以及进气压力脉动负荷，还要保证在发动机发生异常回火现象时不至于被高压脉动压力所爆破，因此要求所使用的塑料材料具有很高的强度。 c.尺寸稳定性。为了保证进气歧管与发动机连接处的尺寸公差达到规定的要求，同时保证进气歧管上各传感器、执行器元件能够准确安装，要求所使用的塑料材料必须具有良好的尺寸稳定性。 d.化学稳定性。由于进气歧管直接与汽油、防冻液、冷却液等腐蚀性溶剂接触，尤其是冷却液中的乙二醇对塑料的性能影响很大，因此要求塑料材料必须具有良好的化学稳定性，在使用前通常要对材料进行严格的测试。 e.热老化稳定性。由于发动机的工作温度常常在-30℃～130℃之间反复变化，其工作条件非常恶劣，因此为了保证进气歧管能够长期可靠地工作，所选用的塑料材料必须具有优良的热老化稳定性。

2塑料进气歧管发展过程

塑料进气歧管的进展不仅有赖于新材料的开发，而且新的加工方式也至关重要，其焊接方法也带动和促进相应材料的开发。德国BASF公司与许多公司合作成功开发去芯成型法（lost core process）制备进气歧管，推进了制备复杂的进气歧管的工业化应用。1972年，保时捷（Porsche）汽车公司选用BASF公司的尼龙树脂，生产出第一个塑料进气歧管。1990年，宝马（BMW）汽车公司用35％玻纤增强尼龙66制备的进气歧管用于2升和2.5升6缸发动机，BASF公司为此开发了专用的尼龙66牌号，并进行振动分析、声响性能和注射成型工艺等研究工作。1994年GM公司在美国首次开始系列生产全塑进气歧管，同年韩国Hundai公司采用去芯成型法生产尼龙进气歧管。但由于去芯成型法成型工艺复杂、成本高、生产效率低，逐渐被其他新工艺替代。1988年后低成本的振动焊接法连接的Multi－shell法得到广泛应用，即目前使用较多的注塑成型（或吹塑成型）与振动焊接法相结合。而BMW公司的4缸和6缸直接注柴油发动机，研究和设计人员利用塑料良好的加工性，一体化制备气缸头罩、空气过滤器或排气止逆阀和进气歧管，不仅比铸铝有经济上优势，而且从生态上讲，塑料也比金属有很大的优点。

3塑料进气歧管专用料

3.1尼龙6和尼龙66

塑料进气歧管的首选材料是尼龙。尼龙具有较好的机械性能、韧性、自性、耐磨性、耐化学品性、气体阻隔性、耐油性，而且还具有无毒、易着色、美观等优点，但其缺点是收缩率较大，吸水率高，耐乙二醇性能低等，因此，人们通过化学和物理改性来克服其吸水率高，耐乙二醇性能低的缺点，采用添加25%～35%玻纤，改善其收缩率，制得PA6和PA66增强尼龙。

3.1.1尼龙6和尼龙66性能比较

由于尼龙66与尼龙6的化学结构略有差异,造成它们的性能不尽相同,在常温状态下,玻纤增强的尼龙66与尼龙6的各项性能均十分优异,但玻纤增强尼龙66熔点较高，约为255℃，耐高温性能要比PA6好，熔体流动性好，易充模成型，且抗拉强度和抗蠕变性均高于玻纤增强尼龙6, 在长时间高温状态下,尼龙66各项性能的下降程度均比尼龙6低,性能保持较好。而尼龙6的抗冲强度高于尼龙66，并且PA6的振动焊接性能比PA66强，焊缝处的爆破强度优于PA66。

3.1.2 进气歧管采用尼龙6和尼龙66专用料应用现状

BASF公司最早用PA6 、尼龙66进行进气歧管研究工作，先后开发出多种牌号，其中高热稳定玻纤增强PA6Ultramid BGWG6用于歧管系统底部和内部部件，暴露的上部外罩选用Ultramid B3G G6，两者均含30％玻纤，为钛灰色金属外观粒料，不需涂漆。

日本宇部兴业（UBE）公司开发出进气歧管专用PA6牌号1015GNKF，具有进气歧管要求的物性和振动焊接要求的二次加工性和焊接强度。015GNKF与一般尼龙性能比较见表1。

表1 进气歧管用尼龙与一般尼龙性能对比

日本东丽公司也推出进气歧管专用注塑级30%玻纤增强PA6牌号，其耐热性高，亦能用振动焊接法连接。

美国汽车中一度以尼龙66为进气歧管主要材料，采用去芯成型法，但后来转向用注塑双片尼龙6，然后靠振动焊接连接在一起。杜邦（Du Pont）公司在开拓美国塑料进气歧管的焊接和推广应用中起到了十分重要的作用，为汽车厂提供高耐热尼龙牌号，包括耐发动机循环排放热气体。

德国拜耳（Bayer）公司推出三个可激光焊接黑色玻纤增强尼龙6牌号。Du Pont公司开发出激光焊接尼龙66配混料，而BASF公司先开发的是尼龙6配混料，因为尼龙6比尼龙66激光透过率高，波长1064μm的Nd－YAG的激光对2mm厚的Ultramid B3G6 LT的激光透光率高达72％，因而可缩短成型时间，制备形状复杂和厚壁制品。

3.2聚芳酰胺PPA

半结晶型聚合物聚邻苯二酰（Poly phthal amide，缩写PPA）是新推出的十分令人注目的进气歧管新材料，是一种性能介于通用工程塑料和特种（高性能）工程塑料间而性价比较高的树脂。索尔维（Solvay）高性能聚合物公司推出的35％玻纤增强牌号Amodel A-6135 HSL 已被用于制备名叫LSX的进气歧管，替代现有的标准尼龙进气歧管，Amodel A-6135弯曲模量高达11550MPa，高温下抗蠕变性与铸铝相当，由于PPA光滑的表面，歧管内空气流速提高约25％，因而能耗降低6％。该进气歧管比现有标准进气歧管轻25％左右，而且能使一般360 马力的发动机功率提高20马力，高温和高湿环境下拉伸强度比尼龙66高得多，具有更好的刚性，优异的耐拉伸蠕变性，因而降低了进气歧管垫圈处空气泄漏。另外LSX PPA耐化学性明显优于尼龙6和尼龙66，包括耐冷却剂、汽油、油、油脂和其他汽车中流体。铸铝吸收和积聚来自发动机的热量，加热吸入空气，而这种新型复合材料却绝热良好，吸入空气温度低，进气歧管效率高。另外，LSX进气歧管仅重5Kg，而铸铝进气歧管为12Kg。PPA也已被GM公司用于替代高转矩、超负荷的L8发动机进气歧管的铸铝。

3.3其他材料

3.3.1 酚醛树脂

德国BMW公司的BMW 735i和745i新系列轿车进气歧管采用热固性酚醛树脂为材料，新材料Vyncolit X7250是玻纤和玻璃微珠增强酚醛树脂，在140℃下仍具有高刚性，制品平均壁厚仅3mm。

3.3.2 尼龙/SPS共混物

俄罗斯最大的汽车生产厂伏尔加（Avtovaz）公司在俄罗斯首次采用塑料进气歧管，材料是美国Dow公司的35％玻纤增强间规聚苯乙烯（SPS）和尼龙（PA）的共混物Qustra N，Qustra N以尼龙6、尼龙66或尼龙6/尼龙66共混物为连续相，因此仍保持尼龙良好的加工性和表面外观。分散相SPS能降低材料的吸湿性、提高尺寸稳定性和抗翘曲性，SPS在汽车机罩下温度环境中仍基本保持原有的机械性能，进气歧管牌号为Qustra NWA 9735-01。Avtovaz汽车厂采用新材料后，进气歧管减重50％，成本降低30％。

4 国内外塑料进气歧管专用料的发展趋势

塑料进气歧管具有质轻，成本低和设计自由度大的优点，逐步替代金属进气歧管，现已占据主导地位，并将继续提高市场占有率。国外塑料进气歧管专用料的发展趋势是研究开发出性能和加工性都更优的增强高性能牌号,以及用于制备结构复杂的进气歧管，适用于激光焊接的专用料。树脂种类已不仅限用尼龙6和尼龙66,具有较低成本的SPS/PA共混物应用前景较好，具有更优异性能的新材料PPA应用会越来越广泛，而采用PPA的低成本敞模成型法也十分令人注目。

我国汽车发动机进气歧管仍然以传统的铸铁或铸铝材料为主，部分汽车合资企业使用的塑料进气歧管利用率不到10%，国内的一些汽车生产厂家不得不从国外高价进口塑料进气歧管。

在国内，一汽技术中心针对CA7180-4GE发动机开发了塑料AIM,发动机塑料进气歧管的成型方法选择了振动摩擦焊成型工艺，应用BASF公司的BASF8233GWHS BK102尼龙6玻璃纤维增强材料，同时开发了CA6DE3柴油发动机的大型塑料AIM。重庆宗申进气系统制造有限公司生产的465QE型汽车发动机塑料AIM通过专家鉴定，产品全部销往韩国，作为现代汽车集团Accent l.3升排量的车配套。以上这些研究成果暂时填补了我国在这一领域的空白。但是，我国汽车发动机塑料AIM的研发水平和生产规模与国外相比还存在相当大的差距，而且所需原料全部由国外进口。

目前国内PA工程塑料总生产能力约35kt/a，基础树脂的性能指标较国外存在一定差距，专用料牌号少，还没有针对汽车塑料进气歧管的专用料，近年来国内几家主要的PA工程塑料生产厂积极进行技术改造，由于生产技术的进步，国内 PA6 和 PA66 产品质量已有较大提高。

5.结束语

中国汽车工业已进入高速增长的发展阶段，2009年中国汽车累计产销突破1300万辆，2010年上半年汽车产量超过800万辆，同比增长创历年最高，中国已经成为世界第一汽车生产和消费国。发动机进气歧管的塑料化是全球性的趋势，需求量也将伴随汽车年产量的不断增加而同步增大，其市场前景广阔。因此，开发出性能更好、价格低廉的新型材料塑料进气歧管专用料是汽车轻量化和原料国产化、高性能化的必然要求。

参考文献

[1]严昶,李丰军,刘东航.CA4GE发动机塑料进气歧管的开发[J].汽车工艺与材料, 2005(6):30-35.

[2]Thatcher R, Storr P, Green P. Plastic intake manifold[J]. Materials & Design, 1992, 13(6):353-358.

[3]唐伟家,吴汾.汽车进气歧管用塑料及其成型方法[J].汽车工艺与材料, 2004(10): 39-42.

[4]Palmer R J. Norrey C, Hayashi R, etc. Meet-ing present and future global materials require-ments for nylon air intake manifolds [J]. SAETransaction-Journal of Materails & Manufac-turing, 1996, 105:111-121.

[5]黄锐,曾邦禄.塑料成型工艺[M].北京:中国轻工业出版社, 1997.

[6]张劲.塑料车用进气歧管和燃油箱的应用与发展[J].汽车与配件, 2007,35(3): 68-69.

[7]朱芝培.国内外汽车用塑料概况及新的成型方法[J].化工新型材料, 1998, 26(12): 3-8.