汽車輕量化——車用塑料的顛覆之旅

?

汽車輕量化——車用塑料的顛覆之旅

新修訂的《乘用車燃料消耗量限值》國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，將于2016年1月1日起執(zhí)行，每年將設(shè)置油耗達(dá)標(biāo)值，直至到2020乘用車平均油耗降至5.0 L/100 km。愈趨嚴(yán)格的油耗法規(guī)，促使所有汽車制造企業(yè)不遺余力地開發(fā)汽車輕量化技術(shù)。

汽車輕量化并不是單純的減重，需要同時(shí)兼顧產(chǎn)品功能、成本及質(zhì)量等要素。就“以塑代鋼”而言，主要有3個(gè)途徑：優(yōu)化材料質(zhì)量；模塊化與集成化；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

材料高性能最關(guān)鍵

國外汽車品牌現(xiàn)在已經(jīng)大規(guī)模使用高性能工程塑料和塑料復(fù)合材料。未來汽車的車門、車頂、座椅部件、輪轂以及汽車周邊結(jié)構(gòu)件，甚至車身都有可能改用工程塑料。采用纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料材料制作的車身與鋼制車身相比，可降重35%；如果采用碳纖增強(qiáng)復(fù)合材料，則可降重60%以上。

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)飾，包括后備箱地板、車頂內(nèi)襯和后窗臺(tái)板。新款奔馳smart fortwo在蜂窩夾層結(jié)構(gòu)頂篷中使用了巴斯夫Elastoflex E聚氨酯泡沫塑料，其頂篷模塊由蜂窩夾層和玻璃纖維襯墊組成，比普通頂篷減輕30%左右，但依然保持較好的強(qiáng)度和抗彎剛度。

而朗盛子公司Bond-Laminates推出的一種基于聚丙烯的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料Tepex dynalite，在輕量化汽車生產(chǎn)中也蘊(yùn)含著重大機(jī)遇，尤其是在有高強(qiáng)度需求的大型組件中，比如：后備箱底板、電動(dòng)車增程器外殼和座椅組件等。

模塊化生產(chǎn)已成趨勢

在模塊化、集成化方面，塑料有非常明顯的優(yōu)勢。目前很多部件及系統(tǒng)，如側(cè)門系統(tǒng)、儀表臺(tái)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)。全塑框架、局部金屬嵌件增強(qiáng)的集成化模塊前端結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)30%的減重效果，并可大大減少零件的數(shù)量，提升裝配效率。據(jù)悉，寶馬、奔馳、通用、雷諾、標(biāo)志等眾多歐美企業(yè)已經(jīng)成熟應(yīng)用前端模塊、門模塊技術(shù)。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不可忽略

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也是輕量化的重要途徑，在滿足工藝要求的前提下進(jìn)行結(jié)構(gòu)形狀和尺寸設(shè)計(jì)。例如保險(xiǎn)杠的薄壁化開發(fā)，常規(guī)的設(shè)計(jì)為3.0 mm壁厚，采用普通的PP滑石粉材料，單件質(zhì)量4-5 kg。據(jù)吉利汽車研究院總工程師熊飛介紹，吉利采用2.5 mm壁厚設(shè)計(jì)，高剛性PP材料，單件減重10%-15%。同時(shí)，他指出，要實(shí)現(xiàn)輕量化不能局限于材料，只有車廠的材料部門參與到整車設(shè)計(jì)中，才能有效地推動(dòng)新材料、新工藝的應(yīng)用。換言之，性能與設(shè)計(jì)是汽車的根本，材料要圍繞這兩點(diǎn)來開發(fā)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)輕量化，進(jìn)而獲得更好的燃油效率以及整車性能。

創(chuàng)新工藝來護(hù)航

長玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，以及改性的低密度、微發(fā)泡、薄壁化塑料材料等是目前車用材料研究的熱點(diǎn)。這些材料的開發(fā)和應(yīng)用離不開創(chuàng)新工藝的支持。

長纖維注塑，就是輕量化結(jié)構(gòu)件的一種創(chuàng)新工藝。Arbug（阿博格）開發(fā)的長纖維直接注塑，通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的送料裝置將纖維直接送入熔化的塑料，能夠?qū)⑦B續(xù)的纖維切成15-50 mm的長度，兩級(jí)螺桿確保熔化塑料顆粒的同時(shí)送入纖維，保證均勻地混合，真正達(dá)到增加強(qiáng)度的目的。以汽車氣囊外殼的長纖維直接注塑為例，使用16 mm玻纖直接注塑，50%的玻纖長度都可以大于2 mm，大大優(yōu)于長纖維粒料的注塑。

英格斯模具制造（中國）有限公司在CHINAPLAS 2015展會(huì)上曾經(jīng)展出其全新FLEXflow伺服驅(qū)動(dòng)閥澆口系統(tǒng)，尤其適用于汽車類大型塑件、高質(zhì)光學(xué)件、高性能工程材料、窄工藝窗口的注塑應(yīng)用。在節(jié)約成本方面，可減小鎖模力約20%，減輕塑件質(zhì)量高達(dá)5%。

MuCell微發(fā)泡注塑成型技術(shù)在汽車制造中的使用日趨普及。有媒體報(bào)道，路虎計(jì)劃到2017年在所有車型上都采用Mu?Cell技術(shù)。微孔發(fā)泡是指以熱塑性材料為基體，通過特殊的加工工藝，使制品中間層密布尺寸從十到幾十微米的封閉微孔。MuCell工藝在減輕質(zhì)量方面尤其具有優(yōu)勢，能夠在基本保證制件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，質(zhì)量減輕達(dá)10%；循環(huán)周期減少50%，平均成本降低16%-20%。早在2000年，在與MIT合作的基礎(chǔ)上，Trexel公司首先利用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，包括Arbug、Demag、Engel、Husky、Dupont等在內(nèi)的許多世界知名設(shè)備和原料廠商都購買了這種技術(shù)的專利使用權(quán)。為達(dá)到輕量化目標(biāo)，未來MuCell仍將是業(yè)界競相應(yīng)用的技術(shù)。

匯聚世界尖端塑料技術(shù)的CHINAPLAS 2016國際橡塑展，將于2016年4月25-28日在上海新國際博覽中心（浦東）盛大舉行，展場面積逾24萬平方米，云集世界各地超過3,200多家展商及多個(gè)國家展團(tuán)。目前，已預(yù)訂展位的知名參展商包括巴斯夫、Birla Carbon、塞拉尼斯、?？松梨凇⒖迫R恩、三井化學(xué)、帝斯曼、LG化學(xué)、贏創(chuàng)、苯領(lǐng)、寶理、SK綜合化學(xué)、蘇威、帝人、巨石集團(tuán)、住友、東麗、德馬格、恩格爾、方力、哈希斯、哈斯高、英格斯、馬斯特模具、寧波雙馬、諾信、圣萬提、伊之密、柳道、云天化、朗力等等。

展會(huì)預(yù)計(jì)將有超過來自150個(gè)國家/地區(qū)逾140,000名專業(yè)觀眾蒞臨展會(huì)洽談業(yè)務(wù)與采購。歷屆吸引了許多國際知名的整車及汽配企業(yè)參與盛會(huì)，當(dāng)中包括比亞迪、東風(fēng)日產(chǎn)、一汽大眾、福士、北汽、通用汽車、三菱汽車、上海汽車、四維尓丸井、鄭州宇通、延峰汽車、納威司達(dá)、海德世拉索、昭和汽車零部件、晝田汽車部件等等。即將迎來“30歲”黃金年齡的這一展會(huì)，必將呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃的盛景，迎接更加輝煌的未來。

展會(huì)的觀眾入場收費(fèi)為人民幣30元（一天票）及人民幣50元（四天票）。欲享免費(fèi)入場，請于2016年2月12日前登入www.ChinaplasOnline.com/prereg預(yù)先登記成為觀眾，成功登記者可于開展前收到觀眾入場證。

更多展會(huì)詳情，歡迎瀏覽展會(huì)網(wǎng)頁：www.ChinaplasOnline. com或www.中國橡塑展.com