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油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

AL頻道

出于輕量化需要,越來越多的汽車零部件都由金屬件改成塑料件,甚至一些底盤件都開始出現塑料的身影。

我們在上一期《用工程塑料造汽車懸架,這事到底靠不靠譜?》中就給大家做了技術展示和分析。

因為這個話題挺多爭議的,今天我們就接著這個往下走,聊聊其他零部件塑料化的問題。

今天我們的選題同樣是“大部件”,單就乘用車而言,體積50L左右的它,自然也逃脫不了被輕量化命運,沒錯,說的就是塑料油箱。

油箱也趕塑料化潮流

油箱最初是用冷軋鋼板焊接而成,結構比較簡單,但由于乘用車越來越低矮,底盤平整性要求也越來越高,對油箱布置提出了不小挑戰。

所以歐洲的燃油箱制造商考泰斯在上世紀60年代就開始探索燃油箱的塑料化之路,因為穩定性好、輕量化程度高,他們研制的高密度聚乙烯(HDPE)材料至今仍是塑料油箱的主要材料。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

1964年德國考泰斯公司開發出了全球第一款汽車用塑料油箱,1973年又將HDPE材料油箱應用在了大眾的帕薩特車型上,成功實現量產。

就大家關注的節油性這點來說,HDPE材料的密度只有0.95g/cm3,而金屬鋼材的密度卻有7.85 g/cm3,這兩者的密度比達到了8倍。即使為了保證強度塑料油箱比金屬油箱要厚一些,相同容積的塑料油箱還是比金屬油箱輕50%~60%。

不過事情總是有一些接受過程,早前就有這么一套理論:按理塑料材料比較便宜,金屬油箱肯定要比塑料油箱貴,可得出廠商是為了省成本,“減配”實錘了。

其實實際情況恰恰相反,因為塑料油箱造型復雜不規整,前期需要很高的研發成本,還需要購置昂貴的成型設備和檢測設備。成本狂魔雷克薩斯、豐田等品牌逆潮流使用了很長時間的鐵皮油箱,這事兒今天算是破案了。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

關于油箱的發展歷程,我們大致可以得出三個階段,從金屬油箱到塑料油箱,從單層塑料燃油箱到多層塑料油箱。你可能會問,為什么會出現多層油箱,這還要從塑料油箱的短板聊起。

塑料油箱并完美無缺的,比如它在耐燃油滲透性方面要比金屬油箱要差一些。大家平時可能不太關注耐燃油滲透性,它說的是,由于在行駛過程中油箱內部壓力的不斷變化,燃油分子有向塑料油箱外部擴散滲透的趨勢。

國六排放法的整車排放限值要求為700毫克/天。但由于HDPE材料本身分子結構的原因,單層的塑料油箱無法有效阻擋燃油分子滲透,無法滿足法規要求。為了解決滲透性問題,現在的塑料油箱均采用了中間帶有阻隔層的多層殼體結構。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

塑料油箱中間的阻隔層為EVOH(乙烯/乙烯醇共聚物)對汽油分子有非常的阻隔性,能極大提升塑料油箱的抗滲透性。

塑料油箱的安全性和產品性能

了解了塑料油箱的發展歷程,關于它的使用優勢,以及消費者存在的一些擔憂,我給大家做了以下梳理。

1) 碰撞安全性和防火性能

相比塑料,金屬材料的扎實感會給人帶來安全感。當發生追尾或者碰撞事故時,油箱受到沖擊可能會擠壓變形甚至破裂,一旦漏油被引燃后果不堪設想。

由于金屬和塑料的材料性質差異,在受到沖擊時兩者所展現的情況肯定是不一樣的。

但與我們想象中不同,金屬油箱一般是焊接而成的,焊接處是最薄弱的地方,在受到撞擊時焊接處反而更容易發生斷開破裂,更重要的是金屬碰撞容易會產生火花的,這一點非常的危險。因此通常金屬油箱會位于前后軸之間,減少追尾或者正碰時油箱受到擠壓進而燃燒爆炸的風險。

塑料油箱因為使用高性能工程塑料作為原材料,有不弱于金屬材料的抗沖擊能力。更重要的,塑料油箱是一體吹塑成型制作出來,也就是像雞蛋殼一樣,嚴絲合縫的,在-40℃和+90℃的極限溫度下仍然可以保持不錯的彈性和剛性,這是金屬油箱不具備的優點。

當然理論還得實際測試論證才行,為了驗證油箱的抗擊能力,在產品開發時就會進行一些沖擊試驗,比如抗沖擊性試驗、角錘沖擊試驗等,就是用來評價經受外部能量沖擊后,油箱是否還能保持完整無缺。

抗沖擊性試驗,是為了驗證受到猛然的正面撞擊后油箱是否會破裂。需要將塑料油箱固定置于滑軌上,然后通過液壓線性作動器對油箱正面和反面進行沖擊測試,最大沖擊加速度可以達到100G。

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角錘沖擊,是為了考核塑料油箱的耐低溫沖擊性能。塑料油箱會置于-40℃低溫環境箱保持24h,接著用角錘沖擊試驗儀以30J能量沖擊油箱易損傷部位。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

考慮到會遭受外界起火的極端情況,塑料油箱還進行了耐火性試驗。即使萬一塑料油箱真的不慎著火燃燒了,油箱也只會逐漸開始融化,根本沒有足夠的時間受熱膨脹而發生爆炸,所以大家完全不需要對塑料油箱的安全性所擔心。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

燃油箱經過預熱后,會直接暴露在自由燃燒的火焰上60s, 接著加上阻燃隔離罩進行間接燃燒,完成所有的步驟后,再觀察燃油箱的泄露情況。

2) 產品性能

安全性雖然是我們首先考慮的因素,但也不能以犧牲產品質量為代價。油箱由金屬材質過渡到塑料材質,哪些性能會受到影響呢?

汽車燃油箱按材料的不同一般可分為單層塑料油箱,多層塑料油箱以及金屬油箱,通過對不同材質油箱的特點,可以發現塑料油箱的抗腐蝕性非常的優秀。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

金屬油箱生銹不是新鮮事兒,雖然表面經過了鍍鎳鋅處理,但因為位于車底,剮蹭在所難免,生銹因此很常見;另外汽油中常?;煊须s質,經過長時間的浸泡后金屬鋼材可能會被逐漸腐蝕而產生雜質,進而可能堵塞油路。

相比之下,塑料油箱因為對酸、堿、鹽等抗腐蝕能力遠大于鋼板,十分適宜在污染較大的區域使用。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

雖然金屬和塑料的材料特性的差異,導致油箱產品在性能上會有所不同,塑料油箱代替金屬油箱并不會降低油箱的性能。進入市場前都需要進行嚴格的性能檢測,比如燃油箱蓋的密封性、振動耐久性試驗、耐壓性試驗等多項試驗,為的就是保證它足夠可靠。

振動耐久性試驗:往油箱中加入額定容量的水,密封好所有的進、出口,然后在水平和垂直方向分別進行振動耐久試驗,需要觀察油箱是否有破裂和泄露。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

因為是與地板連接,油箱受到的振動沖擊還是很強烈的,這類測試很有強的實際使用參考意義。

耐壓性試驗:往油箱中加入額定容量的水,保持50℃的環境溫度,密封好所有的進、出口,向油箱施加30kPa的壓力,保持壓力5小時,需要檢查油箱是否泄漏。

油箱是選塑料還是鐵皮,學問原來這么多

就好比人的肺部,大家也會擔心油箱會不會經受不住壓力,哪天給泄氣了。耐壓測試就是用來評估油箱的密封性是不是足夠好,夠不夠抗壓。

AL頻道小結

汽車的塑料化當下已經成為了一大發展趨勢,車用的材料也逐漸從金屬向塑料過渡,要知道塑料可比金屬要輕很多,可以很大程度減輕車體的重量,同時還可以降低制造成本。

20世紀70年代時塑料使用量占汽車總質量的比例只有2%~3%,到現在已經達到翻了幾倍達到了8%~10%??梢哉f,一輛車的塑料使用量越多,是汽車制造技術更先進的體現之一。

從油箱的升級過程,我們就可以看到汽車技術發展的縮影。雖然塑料材質看起來會給人的廉價的感覺,但用于造車的工程塑料全都是經過嚴格性能考驗的,大可不必“談塑色變”。

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