汽車用工程塑料將替代更多金屬部件
發(fā)布日期：2015-05-15
奇瑞、路虎、攬勝極光，是SUV輕量化設(shè)計(jì)較好的車型，它在同級(jí)別SUV中算輕的，其很多部件都采用了工程塑料?！?月3日，中國(guó)工程塑料工業(yè)協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)鄭愷接受《中國(guó)汽車報(bào)》采訪時(shí)表示，路虎攬勝極光在制造中采用了一系列高級(jí)輕質(zhì)材料，比如像PA/PPO合金應(yīng)用于前翼子板，PC/PBT合金應(yīng)用于行人保護(hù)吸能塊，并將長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯應(yīng)用于儀表板及內(nèi)門模塊，使其自重小于1.6噸，比攬勝運(yùn)動(dòng)版輕了35%，二氧化碳排放量低于130克/千米。
車用工程塑料將替代更多金屬部件
發(fā)達(dá)國(guó)家將汽車用塑料量作為衡量汽車設(shè)計(jì)和制造水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，目前德國(guó)汽車用量最多，占整車用料的15%以上。除英國(guó)路虎外，蘭博基尼、奔馳SLR、寶馬i系等眾多車型大范圍地采用更為先進(jìn)的車用工程塑料。甚至有專家預(yù)言，未來(lái)新材料的創(chuàng)新應(yīng)用可能顛覆傳統(tǒng)汽車。
霧霾、節(jié)能減排及更加嚴(yán)格的油耗法規(guī)，國(guó)內(nèi)車企們都不遺余力地開發(fā)汽車輕量化技術(shù)。眾所周知，汽車輕量化主要體現(xiàn)在汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)、合金材料及非金屬材料應(yīng)用上，其依次為汽車的輕量化減重10%～15%、30%～40%、45%～55%。鄭愷告訴記者，工程塑料等非金屬材料的“減重”效果明顯，其用在汽車上主要作用是使汽車輕量化。目前，越來(lái)越多的汽車部件開始采用工程塑料替代金屬制件。
車用工程塑料應(yīng)用逐年上升
“一般塑料的比重在0.9～1.6，玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的比重也不會(huì)超過(guò)2.0，而A3鋼為7.6，黃銅為8.4，鋁為2.7。這就使得塑料成為汽車輕量化的首選材料。使用塑料可以減輕零部件約40%的重量，同時(shí)其成本也可以大幅度降低。”3月4日，北汽福田工程研究總院材料工程所工程師高嵩接受采訪時(shí)表示。
北京市化學(xué)工業(yè)研究院研發(fā)中心總工程師錢志國(guó)介紹，以塑料件代替金屬材料部件，不僅能夠減輕車重，降低燃油消耗和排放，還可以提高汽車的動(dòng)力、舒適性及安全性，所以其廣泛應(yīng)用在汽車動(dòng)力及底盤系統(tǒng)、內(nèi)外裝飾件、汽車電子等部件上。
高嵩介紹，聚酰胺(PA)材料主要應(yīng)用于動(dòng)力、底盤零部件及結(jié)構(gòu)件，約占整車塑料的20%；聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚和熱塑性聚酯等材料主要應(yīng)用于電子電器零部件及結(jié)構(gòu)件，約占整車塑料的15%左右。改性聚苯醚(PP)和ABS工程塑料及其合金材料主要應(yīng)用于內(nèi)外飾零部件，隨著車型檔次提高，工程塑料應(yīng)用增加，ABS及其合金應(yīng)用比例增加。她還介紹了工程塑料在汽車上應(yīng)用的一些優(yōu)勢(shì)，比如采用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料代替金屬外裝飾件，可以減輕外部物體(包括行人)對(duì)車身的沖擊力；塑料制品還具有吸收和衰減振動(dòng)和噪聲的能力，可以提高乘坐的舒適性；用塑料做車身覆蓋件十分適宜在污染嚴(yán)重的地區(qū)使用；鋼材制件如果漆面受損或者先期防腐做得不好就容易生銹腐蝕金屬，但是汽車塑料耐腐蝕性強(qiáng)。塑料對(duì)酸、堿、鹽等抗腐蝕能力大于鋼板。此外，用塑料件替代金屬制件，其成本可降低30%～40%。
國(guó)內(nèi)車用工程塑料研究應(yīng)加速
工程塑料優(yōu)勢(shì)眾多，深受歐美汽車企業(yè)重視，且應(yīng)用廣泛。據(jù)悉，在發(fā)達(dá)國(guó)家，每輛汽車塑料用量從上世紀(jì)90年代的100～130kg上升到2004年的152kg和2006年的174kg，現(xiàn)在用量是230kg。高嵩介紹，國(guó)外汽車品牌現(xiàn)在已經(jīng)大規(guī)模使用塑料復(fù)合材料(主要是玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料如：長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性材料(LFT)等)和高性能的工程塑料等，而國(guó)內(nèi)自主品牌汽車在塑料復(fù)合材料上的應(yīng)用(重量占比)卻相對(duì)較少。這也反映了我們整車輕量化技術(shù)水平的差距。
鄭愷認(rèn)為，工程塑料在汽車上應(yīng)該有更廣泛的應(yīng)用，只是目前國(guó)內(nèi)在研究車用工程塑料應(yīng)用上不夠重視。
高嵩介紹，塑料在汽車上的每一種應(yīng)用都包含著要解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝與裝備、材料選擇與改性等方面的問(wèn)題。除此之外，還必須解決制品的表面或涂裝、聯(lián)接、試驗(yàn)評(píng)價(jià)等問(wèn)題。她認(rèn)為，整車企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自主開發(fā)的需要，要求塑料零部件商、材料供應(yīng)商和整車企業(yè)聯(lián)合起來(lái)，針對(duì)未來(lái)新車型開發(fā)的需要，開展零部件應(yīng)用技術(shù)的研究工作。巴斯夫相關(guān)人員接受記者采訪時(shí)說(shuō)：“讓汽車更輕更節(jié)能，巴斯夫車用塑料廣泛應(yīng)用在汽車內(nèi)外飾件、動(dòng)力傳動(dòng)與底盤、塑料輪轂等部件上，部分部件可替代鋁合金材料，其減重降本效果明顯?！?br />
工程塑料開始替代部分鋁合金件
到2020年，汽車平均塑料用量將可能達(dá)到500kg/輛以上，約占整車用料的1/3以上。隨著新能源汽車的廣泛使用，加之鋁合金、鎂合金的成本過(guò)高，且以進(jìn)口為主。未來(lái)汽車的車頂、車門、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。其實(shí)，國(guó)外某些高端車型的車門等一些部件已始改用工程塑料了。
smartforvision概念車采用的是巴斯夫的全塑料輪轂，其重量與普通輪轂相比可減輕30%以上(每車減輕12～20kg)，在提高燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)也增強(qiáng)了空氣動(dòng)力學(xué)和碰撞安全性能。全塑輪轂使用LFT，與金屬制造的相比具有優(yōu)異的綜合性能。每只輪子不但減輕了3kg，還對(duì)于提高乘坐舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性有著重要的意義。LFT突出的優(yōu)點(diǎn)是：剛度和強(qiáng)度高，減振回彈性好、耐熱、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。
大眾公司也已選用陶氏的玻纖增強(qiáng)PC/ABS合金，生產(chǎn)Phaeton美國(guó)版的儀表板支架。是因?yàn)樵摬牧显谀M撞擊試驗(yàn)中，能量的吸收，要比傳統(tǒng)材料高出50%；使坐在前面不系安全帶的乘客免遭沖擊傷害。據(jù)悉，大眾第7代高爾夫前端支架采用巴斯夫的車用工程塑料。因?yàn)闊o(wú)需金屬支撐物而大大降低了部件重量、裝配時(shí)間和成本。
目前，國(guó)際上由塑料制成的車身已在小批量生產(chǎn)的汽車中或一些高檔車型上得到了廣泛應(yīng)用、如寶馬i系列產(chǎn)品。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，可實(shí)現(xiàn)降重35%的目標(biāo)；如果采用碳纖增強(qiáng)復(fù)合材料，則可達(dá)到降重60%以上的效果。目前由于碳纖維塑料的成本太高，所以只有寶馬、奔馳等高端車型上采用。
