是金屬還是塑料？

魏曉勇

摘 要：本文通過(guò)對(duì)金屬油箱和塑料油箱材質(zhì)的對(duì)比分析，綜合討論了兩種油箱的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，并結(jié)合當(dāng)前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)現(xiàn)狀，探討了對(duì)金屬油箱和塑料油箱的綜合質(zhì)量評(píng)定綜合結(jié)果，以供參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；燃油箱；材質(zhì)；質(zhì)量

一、金屬油箱與塑料油箱的材質(zhì)區(qū)別

（一）金屬油箱

通常，金屬類(lèi)燃油箱用料材質(zhì)為通體金屬，多采取焊接工藝，且內(nèi)、外部表面均經(jīng)過(guò)鍍鎳鋅處理，并在外部涂有防腐材料層，具有出色的耐腐蝕、防銹等優(yōu)點(diǎn)。具體地說(shuō)，金屬類(lèi)油箱主要有三類(lèi)：一是鐵制（Fe）油箱，其熔點(diǎn)為1538℃，具有有良好的延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性能。二是鋁制（AI）油箱，其熔點(diǎn)為660℃，同樣具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及高反射性和耐氧化，且重量較輕；三是鋁合金（FE-AL）油箱，其熔點(diǎn)為660℃，具有密度低、抗拉強(qiáng)度高、延伸率高等特性，能夠進(jìn)行氧化深加工，屬于熱軋鋁板系列。歐洲國(guó)家最先采用鋁合金油箱，目前市面上的鋁合金油箱最大容量已達(dá)1100升。據(jù)市場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于大型客車(chē)、重卡這種耗油量大、燃油質(zhì)量要求高的車(chē)型而言，鋁合金油箱已經(jīng)占據(jù)重卡油箱市場(chǎng)份額80%以上。因大型載貨重卡普遍以柴油為燃料，而柴油中可能摻雜水或其他雜質(zhì)，如長(zhǎng)期使用鐵制油箱，則柴油中的水分將逐漸腐蝕油箱內(nèi)壁，產(chǎn)生大量鐵銹，從而嚴(yán)重影響柴油燃油系統(tǒng)。因此，以奔馳公司、MAN公司為代表的大型載貨卡車(chē)生產(chǎn)商在其卡車(chē)燃油箱材質(zhì)選擇上已100%選用鋁合金油箱，以有效保障燃油系統(tǒng)的可持續(xù)性能。

（二）塑料油箱

塑料油箱是經(jīng)由一次注塑而成型的，其常見(jiàn)箱體材質(zhì)有兩種，一種為合成樹(shù)脂，即采用聚乙烯（HDPE）為主材。由于普通HDPE制成油箱存在阻透性不足的問(wèn)題，目前已推出相關(guān)改良產(chǎn)品，如改性HDPE油箱、多層油箱、表面處理油箱。其中，單層油箱原料取材于高密度聚乙烯（HDPE）和聚乙烯（PE）混合物。而多層油箱的原料則相對(duì)復(fù)雜，基層、功能層和粘合層分別由不同材質(zhì)組成，從外到內(nèi)分為新料層（HDPE）、回料層、粘結(jié)層（LLDPE）、阻隔層（EVOH）、粘結(jié)層（LLDPE）、新料層（HDPE），部分還會(huì)在注油管增加一層導(dǎo)電聚乙烯層。其中，內(nèi)新料層原料主要是高密度聚乙烯（HDPE）聚合物，由于是復(fù)合結(jié)構(gòu)的主體，所以?xún)?nèi)新料層厚度較大，其作用主要在于強(qiáng)化成型的硬度、剛度和骨架的穩(wěn)定性。阻透層又被稱(chēng)作功能層，常見(jiàn)原料有PA、PA6/PA66、PA6+改性PE和PA+聚醚，以及共聚物如高腈樹(shù)脂、熱塑性PET、皂化EVA、乙烯基醋酸酯共聚物的水解物等。在目前制造工藝中，多選用PA、EVOH、PAN、PVDC等材料，其中尤以PA性能最為出色，兼具了PA6、PA6與PA66共聚物、PA11和非結(jié)晶PA等原料優(yōu)點(diǎn)，在耐腐蝕性、光澤度、熱穩(wěn)定性等方面具有良好表現(xiàn)，能夠有效阻隔汽油、甲醇、乙醇等物質(zhì)，提高油箱耐熱性和改善外觀性能。外新料層的原料主要是采用尼龍或（乙烯/乙烯醇）共聚物，同時(shí)添加黑色母，以提高耐火性。由于高密度聚乙烯是非極性物質(zhì)，（乙烯/乙烯醇）共聚物是極性物質(zhì)，高密度聚乙烯和（乙烯/乙烯醇）共聚物之間沒(méi)有粘結(jié)強(qiáng)度，故兩個(gè)共聚物層之間要借助粘結(jié)層來(lái)連接。換言之，粘合層即多層油箱的技術(shù)要點(diǎn)，一旦粘合不良，則極易發(fā)生層間剝離現(xiàn)象，影響塑料油箱的強(qiáng)度和阻透效果，所以對(duì)于粘結(jié)層采用的粘結(jié)劑，要求必須具備較強(qiáng)的粘結(jié)力、良好的粘結(jié)耐久性能和加工性能，例如聚乙烯、馬來(lái)酸酐。具體地說(shuō)，目前對(duì)于粘合物原料的選擇常見(jiàn)兩種，一是共價(jià)鍵型；即，側(cè)基使用馬來(lái)酸酐POE、丙烯酸POLY接枝化學(xué)改性的PE；二是離子鍵型，通常為三元共聚物TH-3100，或是直接聚合成的共聚物。另一種塑料油箱材質(zhì)為工程塑料PC+ABS。這種材料兼具PC樹(shù)脂的優(yōu)良耐熱耐候性、尺寸穩(wěn)定性、耐沖擊性能，以及ABS樹(shù)脂的加工流動(dòng)性。但質(zhì)量重、導(dǎo)熱性能欠佳，如溫度太高ABS會(huì)分解，太低則會(huì)造成PC料流動(dòng)性不良。熔點(diǎn)介乎于兩種原料之間，即240℃—265℃。

值得一提的是，目前我國(guó)自主研發(fā)的非層狀摻混單層塑料油箱制造專(zhuān)利技術(shù)已通過(guò)德國(guó)TUV認(rèn)證機(jī)構(gòu)根據(jù)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ECE）要求的安全認(rèn)證。經(jīng)國(guó)內(nèi)多家生產(chǎn)單位試用，完全滿(mǎn)足塑料油箱成品件性能的全部要求，相關(guān)塑料油箱多層擠出吹塑、氟化處理、磺化處理、等離子體處理、阻燃和層狀摻混等專(zhuān)利技術(shù)仍有著巨大研發(fā)潛力。

二、金屬油箱與塑料油箱質(zhì)量的對(duì)比

油箱是車(chē)輛動(dòng)力源的直接載體，通常放置在車(chē)輛后軸前段，車(chē)體的中后部，其設(shè)計(jì)目的在于避免車(chē)輛在遭受外力撞擊時(shí)，不論任何位置的沖撞都不會(huì)對(duì)油箱造成致命損害，以保護(hù)車(chē)輛，盡量避免引油箱破裂而引發(fā)爆炸。而對(duì)于油箱的材質(zhì)選擇，成為時(shí)下熱議話(huà)題。我國(guó)出臺(tái)的《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB7258-2012）實(shí)施指南中對(duì)郵箱材質(zhì)選擇并未作出明確規(guī)定，也沒(méi)有相關(guān)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，僅指出任何車(chē)輛均須一律通過(guò)燃油箱蓋密封性試驗(yàn)、安全閥開(kāi)啟壓力試驗(yàn)、振動(dòng)耐久性試驗(yàn)、油箱耐壓試驗(yàn)。而在國(guó)外，很多汽車(chē)廠(chǎng)商陸續(xù)放棄金屬油箱取材，逐步轉(zhuǎn)向塑料油箱的配置。因此，到底是選擇金屬油箱還是塑料油箱，一時(shí)間眾說(shuō)紛紜。從整體來(lái)看，對(duì)金屬油箱與塑料油箱的激烈爭(zhēng)議點(diǎn)主要在其質(zhì)量安全問(wèn)題上。對(duì)此，下文將圍繞金屬油箱與塑料油箱的優(yōu)劣點(diǎn)展開(kāi)分析：

（一）塑料油箱

塑料油箱通常采用耐腐性強(qiáng)的高密度聚乙烯（HDPE），經(jīng)一次性吹塑、多層擠出吹塑、滾塑處理、氟化處理、磺化處理、等離子體處理、阻燃和層狀摻混等工藝制成，具有較強(qiáng)的可塑性，且重量較輕，能夠?yàn)檐?chē)輛節(jié)約內(nèi)部空間，更有利于車(chē)輛廠(chǎng)商對(duì)車(chē)輛的整體外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的個(gè)性化設(shè)計(jì)。

1.制作工藝

目前，塑料油箱的制作工藝主要以擠出吹塑和滾塑處理為主。

（1）擠出吹塑的處理方式是將軟化狀態(tài)的高密度聚乙烯（HDPE）用擠出機(jī)擠出型坯，再放入成型模內(nèi)用兩半片模具將型坯夾緊，接著通入壓縮空氣，利用空氣壓力使坯料沿模腔變形，最后經(jīng)冷卻脫模得成品燃油箱。經(jīng)擠出吹塑工藝制造出來(lái)的油箱，其原材料分子量極高，力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)異，但高昂的設(shè)計(jì)和制造成本，使其目前僅用于結(jié)構(gòu)緊湊、批量大的乘用車(chē)型上。

（2）滾塑的處理方式是將低密度聚乙烯（LDPE）加入模具中，然后模具沿兩垂直軸不斷旋轉(zhuǎn)并被加熱，使模內(nèi)坯料在重力和熱能作用下逐漸均勻涂布、熔融粘附于模腔的整個(gè)表面，待完全塑化達(dá)到要求厚度后，往模具夾套內(nèi)注入冷水經(jīng)冷卻定型而成制品。這類(lèi)制作手法模具簡(jiǎn)單，能夠保障油箱壁厚較為均勻，易于安裝金屬類(lèi)緊固鑲件，但材料難以符合汽車(chē)燃油箱性能要求，且成型周期較長(zhǎng)，能耗大，所以?xún)H在空間大、批量小的商用車(chē)領(lǐng)域適用。

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

就目前市場(chǎng)現(xiàn)狀來(lái)看，塑料油箱通常采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其箱體璧厚度為4毫米—10毫米，因而重量相對(duì)于車(chē)身整體重量而言，基本可忽略不計(jì)，所以相較于金屬油箱，塑料油箱更符合汽車(chē)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。其次，塑料的相對(duì)密度僅為金屬的1/8一1/7。在容積相同的情況下，塑料油箱的質(zhì)量比金屬油箱略少30%至50%，所以配置塑料油箱車(chē)輛整體質(zhì)量將有所減輕，從而能夠降低燃油消耗。據(jù)資料介紹，汽車(chē)質(zhì)量每減輕1kg，一般而言1L汽油可使汽車(chē)多行駛0.1km。此外，塑料材質(zhì)還有著出色的韌性度，能夠讓塑料油箱在特殊情況下對(duì)外部沖擊的承受力更好，即便是有發(fā)生撞擊，但在不嚴(yán)重的情況下，塑料油箱可自行恢復(fù)，降低爆裂危險(xiǎn)。再者，塑料是化工產(chǎn)品，其成分大多屬于再生資源，因而從成本角度考慮，不僅價(jià)格更低廉，且不會(huì)受到原材料價(jià)格上漲等外部因素的影響，更適合大規(guī)模的批量制造。此外，塑料油箱通體采用聚乙烯（HDPE）等塑料原料制造，而這一材質(zhì)有著與金屬相似的剛性，所以在發(fā)生撞擊產(chǎn)生火花時(shí)，能夠與金屬油箱一樣具備同樣的安全性。

（二）金屬油箱

1.制作工藝

首先，金屬油箱的制作工藝相對(duì)復(fù)雜，不僅是箱體內(nèi)外部采用了鍍鎳鋅材質(zhì)，且在整個(gè)油箱表面也進(jìn)行了FPO-3冷軋鋼板汽車(chē)零件的標(biāo)準(zhǔn)處理，保障了油箱整體外部防腐、內(nèi)部防銹。其次，金屬油箱壁板厚度通常限定在1mm至1.5mm內(nèi)，且箱內(nèi)設(shè)有隔板，通常，隔板采取縱向布置，高度為最低液面高度，以確保油區(qū)與泵吸油區(qū)相分離，增大油液循環(huán)的路徑，降低油液的循環(huán)速度。但也有部分款式的油箱隔板高于液面，但會(huì)在箱內(nèi)中部設(shè)置空口，配置適當(dāng)濾網(wǎng)，以對(duì)油液進(jìn)行粗濾，析出氣泡、沉淀雜質(zhì)。

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

金屬材質(zhì)良好的導(dǎo)電性能使得油箱在連接車(chē)輛電瓶負(fù)極時(shí)，與車(chē)輛也不會(huì)產(chǎn)生電位差以及靜電現(xiàn)象。所以，即便因?yàn)樽矒舳a(chǎn)生火花，也不會(huì)引起燃燒或爆炸。其次，金屬油箱具有穩(wěn)定的耐高溫性。美國(guó)火災(zāi)預(yù)防研究基金會(huì)通過(guò)75次的“火燒試驗(yàn)”對(duì)金屬和塑料油箱進(jìn)行高溫測(cè)試，其結(jié)果表明在火燒實(shí)驗(yàn)中，金屬油箱的箱體各部分受熱均勻，即便某一局部持續(xù)受熱，也不會(huì)出現(xiàn)融化現(xiàn)象，具有較為出色的密封性。而在火燒高溫測(cè)試中，塑料油箱的表現(xiàn)則不如金屬油箱，雖然塑料油箱的隔熱效果良好，但在外界長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)的高溫下，局部將出現(xiàn)融化現(xiàn)象，再加上導(dǎo)熱效果不佳，油箱壓力不斷增大，局部受熱點(diǎn)噴涌幾率極大，由此引發(fā)的劇烈燃燒指數(shù)也將隨之提高。在與之相對(duì)的低溫測(cè)試中，金屬油箱也略占優(yōu)勢(shì)。據(jù)相關(guān)試驗(yàn)證明，在零下四十度的低溫狀況下，金屬油箱耐低溫穩(wěn)定性也較為出色，塑料油箱的強(qiáng)度顯然不如金屬油箱，不僅會(huì)出現(xiàn)變脆的現(xiàn)象，還可能出現(xiàn)裂紋，引發(fā)泄露等安全隱患。

基于前述，兩款油箱皆具優(yōu)勢(shì)，到底材質(zhì)與安全有無(wú)關(guān)聯(lián)，C-NCAP（中國(guó)新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程）圍繞這一問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，并提出“若燃油供給系統(tǒng)存在液體連續(xù)泄漏，且在碰撞后前5 分鐘平均泄漏速率超過(guò)30g/min，則減去2 分”的判斷標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)50km/h 100%正碰、64km/h 40%偏置碰和50km/h側(cè)碰等幾項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果顯示，目前國(guó)內(nèi)在售主流車(chē)型中，無(wú)論是裝備了哪種材質(zhì)的油箱，均未出現(xiàn)上述減分現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，只要車(chē)輛發(fā)生撞擊是在設(shè)計(jì)速度內(nèi)，油箱材質(zhì)并不影響車(chē)輛整體安全要求。

四、綜合結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)工藝，任何車(chē)輛在進(jìn)行車(chē)體與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)將油箱放置在整車(chē)的非碰撞區(qū)域。甚至有很多國(guó)家出臺(tái)強(qiáng)制性規(guī)定，要求安裝在整車(chē)上的油箱必須滿(mǎn)足車(chē)輛在時(shí)速50km發(fā)生碰撞時(shí)不發(fā)生泄漏。此外，相關(guān)領(lǐng)域權(quán)威也多次為油箱材質(zhì)正名，強(qiáng)調(diào)車(chē)輛發(fā)生追尾碰撞后是否會(huì)出現(xiàn)泄漏并引發(fā)燃燒，是與燃油箱蓋的密封性、安全閥的開(kāi)啟壓力、油箱的耐久性相關(guān)，而與油箱材質(zhì)并無(wú)直接關(guān)聯(lián)。

由此可知，車(chē)輛選用何種材質(zhì)的油箱，主要和車(chē)輛的性能有關(guān)。金屬油箱和塑料油箱在質(zhì)量和應(yīng)用方面都各有優(yōu)勢(shì)，但無(wú)論采用何種材質(zhì)，廠(chǎng)家都必須根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，采取有針對(duì)性的技術(shù)防護(hù)，所以，筆者認(rèn)為油箱的材質(zhì)如何，與車(chē)輛的安全其實(shí)并無(wú)多大關(guān)聯(lián)，只要車(chē)輛出廠(chǎng)符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論使用的是金屬油箱還是塑料油箱，其車(chē)輛整體安全性能是相同的。與其在油箱材質(zhì)方面糾結(jié)，不如重點(diǎn)關(guān)注汽車(chē)的車(chē)身結(jié)構(gòu)、剎車(chē)系統(tǒng)、安全氣囊及懸掛系統(tǒng)等實(shí)用型方面。

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