图1 用PA+GF30为原料制造的塑料进气岐管

目前国内外汽车发动机周边部件使用的塑料主要集中在尼龙（PA）系列增强材料、聚乙烯材料（PE）、聚丙烯材料（PP）及聚甲醛（POM）等几类材料上。相信在不久的将来，随着各大汽车公司对发动机周边零部件要求的提高，越来越多的高性能塑料材料会得到大量的应用，从而大大加快汽车轻量化的进程。

众所周知，汽车产业在世界各地蓬勃发展的同时，也带来环境污染和能源短缺两大严重的负面影响。基于这两大问题及汽车的安全问题，汽车的轻量化、提高汽车的环保性和安全性成为汽车工业的发展方向之一，同时也成为一个汽车厂甚至一个国家技术进步及先进程度的重要标志之一。而作为构成汽车的主要材料——塑料，以其重量轻、设计空间大、制造成本低、性能优异、功能广泛，最终使汽车在轻量化、环保与安全性及制造成本几方面获得更多的突破，从而成为了21世纪汽车工业材料最好的选择。

为了节能降耗、提高车速、改进外观和舒适性并且达到降低成本的目的，汽车厂商越来越多地使用塑料及塑料复合材料来替代各种有色金属和钢材。汽车发动机工作温度高，接触燃油、冷却液等复杂的化学物质，最初的发动机设计，大部分采用的是金属制件。随着汽车节能、环保而引发的汽车轻量化需求，以及高性能工程塑料的不断涌现，不只是车身件，发动机的零部件也开始向塑料化发展。

基于发动机的恶劣工作环境，对使用在发动机及其周边的零件性能提出了较高的要求，因而对其所用的工程塑料也有着非常苛刻的要求。这些要求包括：耐热及耐低温性能高（需要能够耐受－40～150℃温度范围的反复变化）、耐化学性能强、耐燃油及各种润滑油；刚性强、表面硬度高、耐落球冲击性好，具有优异的耐蠕变性和耐疲劳性；尺寸稳定性好、热膨胀系数小、蠕变低、吸水率低、成型收缩率小,即使在高温、高湿条件下仍表现出良好的尺寸稳定性；较好的振动和音频衰减性以及对振动和外力有优良的耐久性等。

据不完全统计，目前国内外汽车发动机周边部件使用的塑料主要集中在以下几类材料上：尼龙（PA）系列增强材料、聚乙烯材料（PE）、聚丙烯材料（PP）及聚甲醛（POM）等。其应用概况见表1。

表1  国内外汽车发动机系统及周边功能件的工程塑料应用概况

PA材料

发动机使用PA材料最大的件，是发动机进气歧管。塑料发动机进气歧管是近年来开发成功的塑料部件范例，也是各国竞相开发的热门塑料汽车部件。塑料进气歧管不仅质轻，而且由于内壁光滑，可改进气体流动性，提高气体流量，使之进气效率高，隔热效果好，因而大大提高了发动机性能和燃料利用率。

塑料进气歧管诞生于1972年，后来开发成功去芯成型法，促使进气歧管塑料化进程加快。但由于该法工序多、有污染、成本高、生产效率低，目前已逐渐被振动摩擦焊接法所取代。基于汽车发动机室部件对材料性能的高要求，使汽车生产厂最终选择高流动改性尼龙PA系列材料作为发动机进气歧管材料。

塑料进气歧管具有质轻、成本低和设计自由度三大优点，替代金属进气歧管是必然趋势，因此它在汽车上应用份额逐步扩大，现已占据主导地位，并将继续提高市场占有率。欧美等工业发达国家在这一领域已取得了成功，且通过塑料原料厂、进气歧管加工厂和最终用户汽车厂三方的共同合作不断开发出新塑料品种和新的加工方法。国内的塑料进气岐管的生产技术虽起步较晚，但随着我国汽车工业的发展和技术的进步，该技术在我国也得到了快速提高。

大众公司除老JETTA车外，大部分车型都选用PA+GF30为原料制造塑料进气岐管。其他公司车型功率较大的发动机进气歧管也有采用PA66+GF30通过熔芯焊制造。近年来，随着发动机工作要求的提高，进气歧管的材料也在不断变化，其变化趋势是：汽油发动机的进气歧管多采用PA6+GF30或35；柴油发动机进气歧管则趋向于采用PA66或PPA (耐高温尼龙)玻纤增强材料。

图2 用PPA为原料制造的进气谐振腔

微型化和动力强劲化作为汽车的一个发展方向，对汽车某些部件提出了更高的耐温要求。新型汽车的发动机仓，内部空间越来越小，配件越来越密集，强动力产生了更多的热量，而小的自由空间限制了空气流通，这样就产生了更高的温度。随着高性能工程塑料的发展，耐高温尼龙PPA材料应运而生，于是设计者将材料的选择转向了耐高温尼龙PPA。PPA在高温、高湿状态下，抗拉强度比PA6提高20%，更优于PA66。同时PPA的弯曲模量也比PA高20%，硬度更大，抗长时间拉伸蠕变性能更为优异。其耐汽油和冷却剂的能力也优于普通尼龙。另外，它的重量轻，可以提高进气量。PPA应用于进气系统的一个典型应用是用来制造发动机进气谐振腔（也称共鸣器）。部分车型在发动机进气系统设计过程中，如果通过进气管路的设计不能降低进气过程的噪声，就在进气系统中增加一个零件即进气谐振腔，以降低进气系统的噪声。该零件临近发动机，耐温要求高（抗热变形），同时要求硬度高，能有效降低噪音，由于传统PA+GF材料的应用不是那么令人满意，所以一些车型开始逐渐用更高性能的PPA材料替代PA制造该零件。值得一提的是，为了进一步提高进气歧管的性能，AUDI的一款A级车的发动机进气歧管也采用了PPA玻纤增强材料。

尼龙增强材料不仅应用在发动机进气歧管上，在其他发动机部件上也广泛使用。如发动机缸盖罩盖、油底壳的挡油板以及发动机装饰罩盖，均采用玻纤及矿物增强PA6或PA66；在发动机冷却系统中，由于散热器水室中的液体加有冷却剂，所以标准要求材料耐冷却剂的性能要好，而且需要耐高温，同时具有良好的尺寸稳定性，因而PA66+GF30成为最佳材料。该材料收缩率稳定, 有一定的强度和韧性及耐腐蚀性。除了用玻纤增强尼龙，还有用碳纤维增强的尼龙来制造水室，碳纤维增强的尼龙性能要优于玻纤增强的尼龙，但价格稍高。散热器风扇、护风圈，其工作条件苛刻，需要制件具有良好的尺寸稳定性，通常选用PA66+GF25作为风扇叶片、PA6+GF30作为散热器护风圈的材料。

图3 用TPE挤出制造的发动机进气管

PE材料

相对于尼龙材料在发动机周边功能件的应用范围广泛，PE材料在发动机周边功能件上的应用就显得很单一，但是由于其良好的刚性和弹性，却被应用在体积大，起着输油作用的重要部件——汽车燃油箱上。

塑料燃油箱的优点是：重量轻，与同容积的金属燃油箱相比，重量可以降低1/3～1/2左右；防腐能力强；造型随意；寿命长；安全性高，不会因热膨胀而爆炸；生产成本低，加工工艺简单，不论多复杂的产品造型都可一次成型，并且报废的产品经粉碎后材料可以循环使用,成本较金属油箱可降低1/3。

塑料燃油箱有两种：单层氟化油箱和多层共挤油箱。目前，大多数乘用车采用的是多层共挤油箱。 多层油箱一般为6层，其结构是：从外到内分为新料层、回料层、粘结层、阻隔层、粘结层、新料层。由于多层燃油箱有阻隔层，所以其抗燃油渗透能力更强，能够满足法规的排放要求，是当前世界上最环保的燃油箱。

POM材料

工程塑料POM与PA材料相比，在发动机周边部件的应用比较集中，它是燃油系统中各零部件的主要材料，如用于燃油存量传感器、液面计、浮子、单向阀、切断阀、Turning Tank、燃油泵 、燃油滤清器、加油口盖等。POM为乳色不透明结晶性线性热塑性树脂，具有良好的综合性能和着色性，具有较高的弹性模量，很高的刚性和硬度，比强度和比刚性接近于金属；拉伸强度、弯曲强度、耐蠕变性和耐疲劳性优异，耐反复冲击、去载回复性优；摩擦系数小，耐磨耗，尺寸稳定性好，表面光泽好，有较高的粘弹；吸水性小，电绝缘性优，且不受温度、湿度影响；耐化学药品性优，除了强酸、酚类和有机卤化物外，对其他化学品稳定，同时还耐油；机械性能受温度影响小，具有较高的热变形温度。基于POM的这些优点，它在汽车行业的应用日渐增多，其在单车上的用量已由最初的1kg增加到了现在的4kg左右。

值得注意的是，POM也存在着一些致命的缺点：阻燃性较差，遇火徐徐燃烧，氧指数小，即使添加阻燃剂也得不到满意的效果。另外它的耐候性不理想，室外应用要添加稳定剂。

PP类材料

在发动机周边功能件中，也部分应用PP类材料。比如发动机的活性碳罐采用PP5材料制造，空滤器滤芯及进气系统隔板、导流板活门等采用PP6材料，蓄电池支架采用长玻纤增强PP等。

TPE材料

综观发动机周边零件，除了应用上述几类工程塑料，热塑性弹性体（TPE）的应用也呈现增长趋势。近几年来，发动机进气管已由橡胶制造逐渐发展成为用热塑性弹性体制造。既减轻了重量，又提高了零件的美观性。

热塑性弹性体的优点包括：可用一般的热塑性塑料成型机加工，例如注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压缩成型等；能用橡胶注塑成型机注塑，时间可由原来的20min左右，缩短到1min以内；可用压出机成型，压出速度快、成型时间短；不需硫化，节省能源。以高压软管生产能耗为例，橡胶耗能188MJ／kg，TPE仅耗能144MJ／kg，可节能25%以上；配方简化，使添加剂对聚合物的影响制约大为减小，质量稳定性容易控制；废料以及用过的TPE制品可以经过简单再生之后再利用，从而减少环境污染，扩大资源再生来源。

然而，热塑性弹性体也存在着一些缺点，如耐热性不如橡胶，以及随着温度上升而物性下降幅度较大，因而适用范围受到限制。同时，压缩变形、回弹性、耐久性等同橡胶相比较差，价格上也往往高于同类的橡胶。尽管如此，TPE的优点仍十分突出，而缺点则在不断改进之中，作为一种节能环保的橡胶新型原料，其综合发展前景十分看好。