The Development and Market of Plastic Air intake manifold in China
汽车轻量化是汽车工业发展方向之一，也是一个汽车厂和国家技术进步和先进程度的重要标志。为节能降耗、提高车速、改进外观和舒适性、降低成本，汽车厂越来越多地选用塑料替代金属。塑料发动机进气歧管（plastic air intake manifold）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，进气效率高，隔热效果好，因而能提高发动机性能和燃料利用率。
一塑料进气歧管（plastic air intake manifold）的优点
如图：塑料进气歧管（plastic air intake manifold）
具体而言，塑料进气歧管主要具有4方面的优点：
(1)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%。
(2)另外，塑料进气歧管的管壁厚度一般为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。
(3)在动力性方面，由于塑料进气歧管的内壁比较光滑，因此有利于提高进气充
量。与铝合金进气歧管相比，发动机的动力性可提高3%~5%。
(4)在经济性方面，塑料进气歧管能带来良好的气流，从而有助于汽油在发动机缸内的充分燃烧，使发动机的经济性和排放都能得到明显改善。
东安发动机(5)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%。
二欧美塑料进气歧管的发展
塑料进气歧管诞生于1972年，后来开发成功去芯成型法，进气歧管塑料化进程加快。但该法工序多、有污染、成本高，生产效率低，已逐渐被振动摩擦焊接法所取代。欧美塑料进气歧管研究和开发应用均领先于日本，欧洲塑料进气歧管占进气歧管的市场份额在2000年就达60％，北美和日本相对较低，但增速快，预计2005年欧洲塑料进气歧管市场占有率将提高到85％，日本和美国将达60％～70％左右。
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。半结晶型聚合物聚邻苯二酰胺（Polyphthalamide)分引人注目的进气歧管新材料，还是一种性能介于通用工程塑料和特种工程塑料间但性价比较高的树脂。Solvay公司的35％玻纤增强牌号Amodel A－6135HSL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，2004年已有三家公司新型轿车采用了LSX。据称LSX进气歧管比现有标准尼龙进气歧管轻25％左右，而且能使常用360马力的发动机功率提高20马力，高温和高湿下拉伸强度比尼龙66高很多，具有更好的刚性和优异的耐拉伸蠕变性，因而降低进气歧管垫圈处空气泄漏。这种新型树脂的耐化学性也明显优于尼龙，包括耐冷却剂、燃油、润滑油、油脂和其他汽车上流体，不仅质轻和耐高温，而且在性能上超过尼龙进气歧管。
新开发的激光焊接法比振动焊接法成型条件温和，制品焊接质量好，残余应力小，可以焊接异形曲面，生产效率高，而且可以制取结构和形状更复杂的进气歧管，因此许多厂家投入相当大精力开发用于进气歧管的激光焊接尼龙牌号。德
国拜耳公司推出三个可激光焊接黑玻纤增强尼龙6牌号；而美国杜邦公司开发出激光焊接尼龙66配混料；德国BASF公司激光焊接尼龙6牌号UltramidB3GLT 的激光透过率高达72％，因而可缩短焊接时间，制备形状复杂的进气歧管。
塑料进气歧管具有质轻，成本低和设计自由度大三大优点，替代金属进气歧管是必然趋势，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，在欧美国家，大约有90%的进排气异侧的自然吸气发动机都使用了塑料进气歧管。欧美等工业发达国家在这一领域已取得了成功，塑料原料厂、进气歧管加工厂和最终用户汽车厂三方共同合作不断开发出新塑料品种和加工方法。
三国内塑料进气歧管的发展
塑料进气歧管的国产化进程大致可分为以下三个阶段：
第一阶段为全部引进阶段。20世纪90年代初，随着一些合资汽车企业的成立，国外较先进的发动机产品生产线随着一些引进车型被引入国内。在这一阶段，塑料进气歧管作为发动机的重要部件，其核心技术由外资方控制，进口成本很高。
第二阶段主要表现为一些外资企业直接在国内生产。在此阶段，外资企业将其在国外的塑料进气歧管生产线及全套模具转入到国内，利用国内廉价的劳动力，为其在国内的合资厂提供配套的塑料进气歧管，而塑料进气歧管的设计研发工作仍在国外。
第三阶段，随着国内汽车制造技术的不断进步，一些国内企业开始了塑料进气歧管的研制和开发工作。
塑料进气歧管是一种高技术含量的产品，其中包含了很多发动机方面的关键技术。但目前国内大多数的塑料进气歧管生产企业过去只是普通塑料制品的生产厂，他们大都不具备设计和生产发动机的技术能力，因此只能仿制一些已经过时的塑料进气歧管，他们的技术水平良莠不齐。总体而言，目前国内生产的塑料进气歧管普遍存在技术水平低下、难以满足发动机的工作要求的问题。根据上述情况，国内目前涉足塑料进气歧管生产的企业普遍规模不大，不具备相应的研发和检测手段。国内对汽车塑料进气歧管的研发工作起步较晚，塑料进气歧管生产及
研发技术方面尚属空白，在此领域内的技术水平较低，其市场占有率还不到2%。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。
四用于加工进气总管的塑料材料
塑料进气歧管要求材料必须具有耐高温、强度高以及尺寸稳定性、化学稳定性和热老化稳定性优良等方面的特点。
(1)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180℃的高温。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
目前，塑料进气歧管的首选材料是尼龙。尼龙的优点是耐高温、化学稳定性好，但其缺点是收缩率较大，耐乙二醇的性能也不太好，并且其吸水性太强，吸水后尼龙的强度会下降近40%。因此，人们普遍使用增加了25%~35%玻纤的PA6或PA66 增强尼龙。尼龙在加入玻纤后，其收缩率得到了明显改善。对于内部含冷却水道的进气歧管，采用专用的抗乙二醇的尼龙配方。尽管世界上很多塑料材料供应商在不断地开发新的进气歧管塑料材料，以期提高塑料材料的各种性能，但尼龙材料仍是目前的最佳选择。汽
车发动机室部件对材料性能要求较高，需要耐－40～150℃范围温度反复变化的耐热性、耐热老化、耐燃油、耐各种润滑油、耐化学性、耐落锤冲击性、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，因此尼龙成为首选材料。BASF、宇部兴产等公司开发了进气歧管专用尼龙牌号；德国宝马公司BMW735i和745i新系列轿车进气歧管则选用热固性酚醛树脂为原料；俄罗斯最大的汽车厂则采用了陶氏化学公司的35％玻纤增强间规聚苯乙烯（SPS）和尼龙（PA）共混物，使进气歧管减重50％，成本降低30％。部件一体化是降低成本和质量的重要因素。
玻纤增强尼龙主宰着欧洲AIM市场（占65%的市场份额），在美国占50%的份额。但是其它热塑性塑料也逐渐得到关注。例如俄罗斯Avtovaz公司生产的小型Lada汽车的1.5L和1.6 L发动机的总管。Avtovaz最近用Dow Automotive 公司的Questra N WA9735-01注塑材料取代了铝质进气总管，Questra N WA9735-01是35%玻纤增强的尼龙66 和间规PS(SPS) 的混合料。Dow Automotive公司的进气管市场开发经理Jim Cederstrom说：“尼龙- SPS混合料在进气总管、气门套和装饰性发动机盖方面有很大的市场潜力”。Questra N混合料以尼龙6、66或6/66化合物作为连续相，因此保留了尼龙的可加工性和表面外观。分散相SPS吸湿性小，提高了制品的尺寸稳定性和抗翘曲性。SPS 在发动机盖内的高温下也能保持良好的机械性能。Avtovaz公司Questra N材料的进气总管重量降低了50%，成本节省了30%，主要因为部件的一体化。进气总管模块的双壳通过振动焊接组合在一起，但是Dow Automotive公司预测其专利粘合剂的使用将节省更多的费用。生产进气总管的另一种新材料是Solvay公司的Amodel A-6135, 一种含3
5%玻纤的聚邻苯二甲酰胺(PPA)，用于取代General Motors公司的LS发动机的高扭矩的增压配套元件的铝质进气总管。这种进气总管由密西西比州Ashland市的Fuel-Air-Spark Technologies公司推出，用在Corvette、Camaro和Pontiac Firebird的V8和V6发动机上。Amodel提供165万psi的弯曲模量，比尼龙66的耐热性更高，而且在高温下的抗蠕变性和铝相同。PPA对机油、油脂和长寿命冷却剂也具有卓越的抗性。密歇根州Rochester Hills市的Composite Performance Technologies公司制造的三片式组件仅重11磅，而铝质组件重26磅。更加光滑的PPA内表面也使进气总管的空气流率提高了25%，马力等级提高了6% 。
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