張衡

摘 要：隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，基于汽車的使用工況和要求，對于汽車上的零部件的功能品質(zhì)要求也越來越高，換擋拉索作為汽車上的重要功能性部件，下層零件上使用到了大量的樹脂材料（尼龍材料等），本文主要針對于換擋拉索上尼龍樹脂材料的耐鹽害機理，以及高耐鹽害能力尼龍材料的應(yīng)用進行介紹說明。

關(guān)鍵詞：換擋拉索；耐鹽害；尼龍；酰胺基；玻纖

1、換擋拉索簡介

換擋拉索是一種實現(xiàn)汽車換擋功能的柔性傳遞機械機構(gòu)，一端連接著駕駛室內(nèi)換擋器的銷軸上，另一端連接著機艙變速箱的搖臂，駕駛者在撥動換擋器手柄時，帶動換擋拉索內(nèi)的鋼絲繩動作，鋼絲繩帶動變速箱搖臂轉(zhuǎn)動，搖臂轉(zhuǎn)動再帶動變速箱內(nèi)的齒輪移動嚙合實現(xiàn)不同的傳動比，以達到換擋功能。因此從整個換擋的功能實現(xiàn)路徑來看，換擋拉索有一半處于駕駛室內(nèi)，而另一半處于發(fā)動機艙內(nèi)。其中處于發(fā)動機艙內(nèi)部分的塑料零件大部分使用的為尼龍樹脂材料。

2、換擋拉索鹽害發(fā)生概述

在我國北方和部分南方地區(qū)，冬季下雪后，市政部門在進行道路除雪時會使用除雪劑。道路除雪常用的除雪劑中含的主要成分是氯化鈣（CaCl2）等鹽類物質(zhì)，汽車行駛通過路面，鹽類物質(zhì)會進入到汽車發(fā)動機艙，而換擋拉索有一半是處在發(fā)動機艙，其中直接與變速箱相連接的樹脂接頭環(huán)零件很容易接觸到鹽類物質(zhì)，在鹽類物質(zhì)的影響下樹脂零件會逐漸被腐蝕，若是普通的樹脂材料（尼龍PA66等），由于耐鹽害能力較低，零件材料就會很快被破壞分解，導(dǎo)致拉索無法實現(xiàn)換擋，產(chǎn)品功能失效。

3、尼龍材料鹽害機理和高耐鹽害能力的尼龍材料

3.1尼龍材料鹽害分解機理

氯化鈣腐蝕尼龍原理：如下圖所示，尼龍材料上若附著氯化鈣液體，鈣離子會配位到酰胺基的氫鍵中，干燥后水析出收縮，但鈣離子已存留在在分子鏈結(jié)構(gòu)中，分子鏈?zhǔn)茆}離子影響無法復(fù)原，產(chǎn)生內(nèi)部變形，變形慢慢擴大產(chǎn)生細裂紋，裂紋延展導(dǎo)致材料逐漸被破壞。

3.2高耐鹽害能力的尼龍材料

為滿足更高的耐鹽害能力，使用一種全新的尼龍材料PA6·12，以替代普通的尼龍PA66。這兩種尼龍材料的耐鹽害能力差異的機理主要體現(xiàn)在材料的分子鏈結(jié)構(gòu)上：從下圖總的分子鏈結(jié)構(gòu)對比可以看出，PA66的C鏈比PA6·12的要短很多，因此在同等質(zhì)量的材料里，酰胺鍵在PA66中的長度比例要比PA6·12大，即酰胺鍵在PA66中的密度要比PA6·12大得多，而氯化鈣鹽類主要就是與酰胺鍵反應(yīng)發(fā)生腐蝕破壞，所以含有較多酰胺鍵的PA66與氯化鈣接觸后會更容易更快發(fā)生反應(yīng)，而相比之下含有較少酰胺鍵的PA6·12的這種反應(yīng)會緩慢很多，所以PA6·12的抗鹽害能力也就更強。

（從下方材料鹽害試驗后的彎曲強度保持率和表面放大圖可以進行對比）

耐鹽害循環(huán)試驗方法：

事前調(diào)濕樣品。（80℃×80%RH壞境下放置后，鋁袋放置2周）

（1）將紗布（3重）浸入氯化鈣水溶液（40%）中。用紗布包裹樣品兩面，放置30分鐘。

（2）30分鐘后，保持此狀態(tài)不變，在100℃的烤箱中放置3小時，使氯化鈣水溶液干燥。

（3）干燥后從烤箱中取出，去掉紗布，水洗。

（4）水洗后80℃×60%RH恒溫恒濕槽內(nèi)放置16hr后，進行下個循環(huán)。

（周末則80℃×55%RH×64hr）

（1）～（4）為1個循環(huán)。150循環(huán)后，進行彎曲試驗。

4、材料性能的兼顧提升（加入玻纖）

由于換擋拉索的接頭環(huán)與變速箱上的搖臂連接，拉索在換擋作動時，接頭環(huán)變速箱側(cè)的接頭環(huán)零件承受著較大的負荷，因此對零件材料的強度也有很高的要求，所以在主材PA6·12中追加了一定含量的玻纖（常用15～40%GF，具體的比例可以根據(jù)需求進行調(diào)整），玻纖對樹脂材料的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、耐老化性有明顯的提高，因此在滿足材料耐鹽害要求的基礎(chǔ)上，使零件在強度上也得到了很好的保證：如在尼龍中加入30%GF，材料的耐疲勞強度是未增強的2.5倍。另外，材料若是純PA6·12，在價格上也很貴，添加一定比例的玻纖，對原材料本身的成本價格也會有一定降低。

但是需要注意的是：玻璃纖維的成型工藝與未增強時大致相同，但因流動性較增強前差，所以注射壓力和注射速度要適當(dāng)提高，注塑機機筒溫度需要提高10～40℃。由于玻纖在注塑過程中會沿著流動方向上取向，引起力學(xué)性能和收縮率在取向方向上增強，導(dǎo)致制品變形翹曲，因此，在模具設(shè)計時，澆口的位置、形狀要合理，工藝上可以提高模具的溫度，制品取出后放入熱水中讓其緩慢冷卻。另外，加入的玻纖的比例越大，對注塑機的塑化元件的磨損越大，最好是采用雙金屬螺桿、機筒。對于玻纖的增加比例，需要結(jié)合產(chǎn)品的強度要求以及成型工藝進行綜合考慮。

5、其他塑料材料在汽車上的應(yīng)用

上述耐鹽害尼龍材料只是塑料中的一種，大量塑料材料已廣泛地應(yīng)用在汽車上的各個區(qū)域，塑料材料不僅可以減輕零部件約40%的質(zhì)量，還可以降低成本40%左右，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計：目前世界上每臺汽車上塑料的用量已達到105Kg，約占汽車總質(zhì)量的8%～12%。汽車上塑料材料主要是內(nèi)外飾件：儀表盤、門把手、座椅、雜物箱、頂棚、引流板、保險杠、擋泥板、格柵、車輪護罩、車門檻板、后視鏡框、空調(diào)系統(tǒng)配件等，其中用到的塑料材質(zhì)主要為ABS、PC、PP等；塑料功能件：發(fā)動機部件及其燃油進氣系統(tǒng)和電器系統(tǒng)，用到的主要是尼龍PA、PPS、聚酯、酚醛塑料等，塑料制作的發(fā)動機部件成本低、質(zhì)量輕、噪聲小，同時耐高溫、剛性好、尺寸穩(wěn)定性好、耐腐蝕。

6、結(jié)束語

隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，新工藝和新材料的應(yīng)用也在不斷更新，而汽車消費者對汽車提出了更高的要求：安全性、舒適性、環(huán)保性等，汽車上的零部件數(shù)量巨大，在汽車節(jié)能低排、輕量化的發(fā)展趨勢下，會有更多的高性能的新型高分子塑料材料被應(yīng)用，以替代傳統(tǒng)的金屬材料，這也必將為汽車工業(yè)發(fā)展的變革創(chuàng)新注入新的動力。

參考文獻

[1] 劉亞慶.玻纖增強尼龍66疲勞性能的研究.工程塑料應(yīng)用，2002：43～44.

[2] 高亞楠，溫龍飛.淺談汽車輕量化發(fā)展態(tài)勢.汽車工業(yè)研究，2007：33～35.

（作者單位：重慶海德世拉索系統(tǒng)（集團）有限公司）