奇瑞路虎攬勝極光,是SUV輕量化設(shè)計(jì)較好的車(chē)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。”3月3日,中國(guó)工程塑料工業(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)鄭愷接受《中國(guó)汽車(chē)報(bào)》采訪(fǎng)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(mén)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。
發(fā)達(dá)國(guó)家將汽車(chē)用塑料量作為衡量汽車(chē)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(chē)用量最多,占整車(chē)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(chē)型大范圍地采用更為先進(jìn)的車(chē)用工程塑料。甚至有專(zhuān)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(chē)。
霧霾、節(jié)能減排及更加嚴(yán)格的油耗法規(guī),國(guó)內(nèi)車(chē)企們都不遺余力地開(kāi)發(fā)汽車(chē)輕量化技術(shù)。眾所周知,汽車(chē)輕量化主要體現(xiàn)在汽車(chē)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(chē)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(chē)上主要作用是使汽車(chē)輕量化。目前,越來(lái)越多的汽車(chē)部件開(kāi)始采用工程塑料替代金屬制件。
車(chē)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(chē)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?!?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(fǎng)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(qián)志國(guó)介紹,以塑料件代替金屬材料部件,不僅能夠減輕車(chē)重,降低燃油消耗和排放,還可以提高汽車(chē)的動(dòng)力、舒適性及安全性,所以其廣泛應(yīng)用在汽車(chē)動(dòng)力及底盤(pán)系統(tǒng)、內(nèi)外裝飾件、汽車(chē)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(pán)零部件及結(jié)構(gòu)件,約占整車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輕量化技術(shù)水平的差距。
鄭愷認(rèn)為,工程塑料在汽車(chē)上應(yīng)該有更廣泛的應(yīng)用,只是目前國(guó)內(nèi)在研究車(chē)用工程塑料應(yīng)用上不夠重視。
高嵩介紹,塑料在汽車(chē)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(chē)企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自主開(kāi)發(fā)的需要,要求塑料零部件商、材料供應(yīng)商和整車(chē)企業(yè)聯(lián)合起來(lái),針對(duì)未來(lái)新車(chē)型開(kāi)發(fā)的需要,開(kāi)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(fǎng)時(shí)說(shuō):“讓汽車(chē)更輕更節(jié)能,巴斯夫車(chē)用塑料廣泛應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)外飾件、動(dòng)力傳動(dòng)與底盤(pán)、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?!?/span>
工程塑料開(kāi)始替代部分鋁合金件
到2020 年,汽車(chē)平均塑料用量將可能達(dá)到500kg/輛以上,約占整車(chē)用料的1/3以上。隨著新能源汽車(chē)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(chē)的車(chē)頂、車(chē)門(mén)、座椅部件、輪轂以及汽車(chē)周邊結(jié)構(gòu)件,甚至車(chē)身都有可能改用工程塑料。其實(shí),國(guó)外某些高端車(chē)型的車(chē)門(mén)等一些部件已始改用工程塑料了。
smart forvision 概念車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)身已在小批量生產(chǎn)的汽車(chē)中或一些高檔車(chē)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(chē)身與鋼制車(chē)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(chē)型上采用。
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