有機玻璃在新能源汽車中的應用

最新 06-07

摘要：將有機玻璃與傳統無機玻璃進行對比，分析了有機玻璃應用發展現狀和性能特點，同時介紹了有機玻璃在新能源汽車中的應用，最後以車窗為例，對有機玻璃的性能進行了測定。結果表明：除聚碳酸酯玻璃外，有機玻璃和無機玻璃的耐磨性均符合ECER43《關於安全玻璃材料認證的統一規定》，另外這三種材料的抗衝擊性均符合規定，且施加塗層能增強玻璃材料的耐磨性，但對其強度影響很小;採用有機玻璃作為車窗材質的汽車內平均計權隔聲量比無機玻璃更低，且在人耳能聽到的低頻段，有機玻璃的隔聲性能更好。

關鍵詞：有機玻璃;輕量化;新能源汽車

新能源汽車是指利用新型能源作為動力源，結合驅動控制等方面的先進技術形成的具有新技術、新結構的汽車。在我國，新能源汽車一般包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車等。研究表明，汽車重量與其能源消耗關係密切，汽車自重每減少10%，其能源消耗可降低8%左右，同時尾氣排放量可降低4%左右，因此汽車輕量化技術是實現汽車節能、環保、安全等發展目標的重要新技術。為達到汽車輕量化目的，一般可採取選擇新材料和新技術兩種途徑。隨著新能源汽車工業的發展，這兩種途徑在方法上均有了多種選擇，且其技術日趨成熟。其中新材料包括鎂鋁合金、工程塑料等;新技術包括設計模塊化、激光焊接技術、液壓成型技術等。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗稱有機玻璃，是一種可回收利用的熱塑性工程塑料，具有密度低(1.15-1.19g/cm3)、機械強度高、熔點低(130-140℃)、透光率高、易加工等優點。採用PMMA及其複合材料作為汽車車身和零配件材料，包括側三角窗、燈罩、保險杠等，可有效減輕汽車自重，達到降低能耗和尾氣排放量的目的。

本文基於新能源汽車節能環保的需求，結合有機玻璃在汽車零配件上的應用，以汽車側窗為例，對有機玻璃在新能源汽車中的應用及性能進行探討。

1 有機玻璃應用發展現狀

1.1 有機玻璃應用現狀

有機玻璃由美國化工品和塑料產品生產公司Rohm-Haas於1927首次工業化生產。有機玻璃由甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體聚合而成，無毒環保、性質穩定、不易脆裂，其透光率(92%)是所有合成透明材料中最高的;同時有機玻璃破碎後不會產生尖銳碎片，因而被廣泛應用於食品包裝、建築、汽車製造、航空航天等領域。本世紀以來，有機玻璃材料市場日益擴大，平均每年生產量超過150萬t，同時許多發達國家已作出強制性規定，校園內建築用玻璃必須統一使用有機玻璃，我國製造業和城市建設中也逐漸用有機玻璃代替傳統玻璃。

有機玻璃材料最先應用於航空航天領域。由於具有良好的柔韌性、抗老化性、安全性，機械強度高，廣泛應用于飛機擋風玻璃及其他透明零部件中。另外在新能源汽車製造方面，由於新能源汽車對車身重量具有嚴格要求，歐洲大部分汽車製造商已採用有機玻璃作為汽車側邊和後邊擋風玻璃材料，並出台相關法律，規定玻璃材質的性能要求、檢測方法和分類標準。在國內，新能源汽車的市場規模不斷擴大，導致各大汽車製造商也開始關注有機玻璃在擋風玻璃及其他配件上的應用。

1.2 傳統玻璃與有機玻璃性能對比

傳統汽車窗玻璃一般採用由硅酸鹽類材料製成的無機玻璃。硅酸鹽類化合物在高溫條件下形成連續網狀結構，冷卻後硬化切割，形成具有一定黏度和形態的非金屬材料，該材料同時具有耐高溫、阻燃、成本低等優點。有機玻璃則由高分子材料通過注塑、擠出或澆注成型，其化學本質為塑料製品，所以韌性、強度及重量均優於無機玻璃。將3種常用玻璃材料進行對比，結果如表1所示，其中聚碳酸酯(PC)是一種以碳酸酯基單體為原料的高分子聚合物，為目前最常用的熱塑性通用工程塑料之一。

從表1可以看出，有機玻璃在作為車窗玻璃最重要的性能特點(透明度和強度)和作為汽車其他配件最重要的性能特點(輕量化和剛性)整體上優於PC材料和無機玻璃，其他方面如加工成型性和耐磨性等也比較優良，由此可知，有機玻璃是新能源汽車零配件的首選材料。

2 有機玻璃在新能源汽車中的應用

2.1 新能源汽車車窗玻璃

汽車車窗按其結構可分為夾層型和鋼化型，按位置可分為前、側、後擋風玻璃及天窗玻璃。為了營造良好的駕車視野和行車安全環境，汽車窗玻璃一般應滿足透光、抗衝擊、耐候和碎片少的需求。有機玻璃不僅能很好地滿足以上要求，同時還具有抗紫外線輻射的作用，避免車內人員處於長期曝晒狀態。另一方面，可利用有機玻璃材料良好的光學性能製成汽車外罩，保護車身整體不受紫外線侵蝕，同時不影響駕車視野。

2.2 新能源汽車其他配件

除車窗玻璃外，有機玻璃在新能源汽車中的應用還包括汽車的其他配件，如車尾燈燈罩、高光澤裝飾物、汽車保險杠等。有機玻璃材料因具有質輕、易著色、美觀等優點而廣泛應用於新能源汽車車尾燈燈罩;因具有抗刮擦、表面光澤度高、硬度高等優點而廣泛應用於新能源汽車高光澤裝飾物。另外，有機玻璃與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混製成的PMMA/ABS複合材料，可用於製造新能源汽車保險杠，該複合材料同時具備ABS的抗衝擊、耐溫性好、電氣性佳、易噴鍍等優點以及有機玻璃的抗劃傷、不易褪色、環保等優點，適合作為對材質有高質量要求的產品，同時成本較鎂鋁合金等材料更低。

3 有機玻璃作為車窗材料的性能試驗和模擬分析

汽車車窗是占汽車整體比重較大的配件之一，同時也是以玻璃材質作為原材料的部件，所以使用低密度、質量輕的材料作為車窗玻璃可有效降低汽車整體重量。因此本文對有機玻璃材質的性能進行研究，同時結合新能源汽車車窗進行性能試驗和模擬分析。

3.1 有機玻璃性能測試

測試材料：(1)含塗層有機玻璃，厚度4mm;(2)有機玻璃(無塗層)，厚度4mm;(3)PC玻璃，厚度4mm;(4)無機玻璃，厚度4mm。

測試儀器：磨耗儀，5135，美國Taber公司;拉力器，GT5769-01，深圳奇裕橡膠有限公司。

測試方法：(1)耐磨試驗將樣品置於磨耗儀上，以相同的力作用於樣品表面，使其連續摩擦1000次，測定其霧度;(2)抗衝擊試驗將樣品放置於地面，四角墊起，將質量為0.5kg的鋼球置於樣品水平上方2m處直接落下，觀測其破碎程度。

由於我國尚未出台相應法規對汽車車窗性能進行硬性規定，本文採用國際相關法規ECER43作為性能要求評價標準。將以上試驗重複5次取平均值，結果如表2所示。

從表2可以看出，PC玻璃連續摩擦1000次後，霧度為2.2%，大於ECER43法規中規定的2%，因此其耐磨性不符合車輛玻璃材料安全規定要求，而其他材料連續摩擦1000次後霧度均低於2%，其耐磨性符合規定要求，其中含塗層有機玻璃的霧度低於不含塗層有機玻璃。另外PC玻璃的抗衝擊性(抗破碎強度)最高，有機玻璃次之，無機玻璃最差，但這3種材料均符合ECER43法規中對玻璃抗衝擊性(抗破碎強度)的規定要求，其中有無塗層對有機玻璃的抗衝擊性基本沒有影響。

3.2 有機玻璃車窗模擬分析

選取以有機玻璃作為車窗材質的某A級新能源汽車和以無機玻璃作為車窗材質的另一A級汽車進行現場模擬模擬實驗，分別對其車窗運動偏差和聲學性能進行研究。

測試儀器：三坐標測量儀，GA1703，美國micro-vu公司;手持式數字分貝測試器，T325，珠海天創儀器有限公司。

測試方法：(1)運動偏差試驗在玻璃窗上選取4行8列平均分布的點，分別從1到32進行標記，使用三坐標測量儀測定汽車以60km/h行駛時車窗與車框的偏差值;(2)隔聲試驗將分貝測試器放入車內，關閉所有車窗，在距車2m處發出音量70dB、頻率0~5000Hz的聲音，測試車內不同頻率下的音量。

運動偏差測試結果如圖1所示，隔聲性能測試結果如圖2所示。

圖1中，圓點對應的縱坐標代表該位點的位置偏差，圓點處線段的長短代表該處運動偏差值的大小。從圖1可以看出，無機玻璃不同點線段長度均長於有機玻璃線段長度，表明採用無機玻璃作為車窗材質的汽車運動偏差大於有機玻璃材質，在運動過程中更易與汽車其他部件如密封條、窗框等發生偏差干涉問題。

從圖2可以看出，採用無機玻璃作為車窗材質的汽車內平均計權隔聲量為26.4dB，音量減小了43.6dB(隔聲試驗發出音量為70dB);採用有機玻璃作為車窗材質的汽車內平均計權隔聲量為24.1dB，音量減小了45.9dB。另外由文獻可知，人耳對於低頻段聲音更敏感，而有機玻璃在低頻段隔聲性能較好，在高頻段隔聲性能則有所下降。

4 結論

新能源汽車的發展對汽車結構設計、材料選擇、工藝操作均提出了更高的要求，其中有機玻璃因具有優良的力學性能、聲學性能等使其在新能源汽車包括車窗等部分零配件材質的應用範圍越來越廣。

本文針對有機玻璃材質在新能源汽車上的應用，並以車窗為例，對其性能進行研究，結果表明：

(1)有機玻璃材料在新能源汽車上的應用十分廣泛，包括車窗玻璃、車尾燈燈罩、高光澤裝飾物、汽車保險杠等;

(2)有機玻璃比PC玻璃和無機玻璃更適合作為汽車配件材料;

(3)將有機玻璃進行塗覆可降低其霧度，使其更符合新能源汽車對於車窗耐磨性的要求，同時有機玻璃的抗衝擊性符合ECER43要求，但有無塗層對其強度幾乎沒有影響，另外有機玻璃破碎時不會產生尖銳碎片，給乘車人員提供一定安全保障;

(4)有機玻璃作車窗時，汽車的運動偏差較小，隔聲效果較好，表明使用有機玻璃作為汽車配件材料能夠在減輕車身重量的同時滿足汽車性能要求。

文章來源：汽車材料網

來源：期刊塑料科技

作者：張更娥(南寧學院)

免責聲明：本文系網路轉載，版權歸原作者所有。但因轉載眾多，無法確認真正的原始作者，故僅標註來源。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請第一時間告知，我們將根據您提供的證明材料確認版權並按國家標準支付稿酬或立即刪除內容！本文內容為原作者觀點，並不代表本公眾號贊同其觀點和對其真實性負責。

微信群