奇瑞路虎攬勝極光,是SUV輕量化設(shè)計較好的車型,它在同級別SUV中算輕的,其很多部件都采用了工程塑料?!?月3日,中國工程塑料工業(yè)協(xié)會秘書長鄭愷接受《中國汽車報》采訪時表示,路虎攬勝極光在制造中采用了一系列高級輕質(zhì)材料,比如像PA/PPO 合金應(yīng)用于前翼子板,PC/PBT 合金應(yīng)用于行人保護吸能塊,并將長玻纖增強聚丙烯應(yīng)用于儀表板及內(nèi)門模塊,使其自重小于1.6 噸,比攬勝運動版輕了35%,二氧化碳排放量低于130 克/千米。
發(fā)達國家將汽車用塑料量作為衡量汽車設(shè)計和制造水平高低的一個重要標志,目前德國汽車用量最多,占整車用料的15%以上。除英國路虎外,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的車用工程塑料。甚至有專家預(yù)言,未來新材料的創(chuàng)新應(yīng)用可能顛覆傳統(tǒng)汽車。
霧霾、節(jié)能減排及更加嚴格的油耗法規(guī),國內(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、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,玻纖增強復(fù)合材料的比重也不會超過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時表示。
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力、舒適性及安全性,所以其廣泛應(yīng)用在汽車動力及底盤系統(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,比如采用長玻纖增強復(fù)合材料代替金屬外裝飾件,可以減輕外部物體(包括行人)對車身的沖擊力;塑料制品還具有吸收和衰減振動和噪聲的能力,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。塑料對酸、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%。
國內(nèi)車用工程塑料研究應(yīng)加速
工程塑料優(yōu)勢眾多,深受歐美汽車企業(yè)重視,且應(yīng)用廣泛。據(jù)悉,在發(fā)達國家,每輛汽車塑料用量從上世紀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(主要是玻纖增強復(fù)合材料如:長纖維增強熱塑性材料(LFT)等)和高性能的工程塑料等,而國內(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、制造工藝與裝備、材料選擇與改性等方面的問題。除此之外,還必須解決制品的表面或涂裝、聯(lián)接、試驗評價等問題。她認為,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,針對未來新車型開發(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說:“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、動力傳動與底盤、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?!?/span>
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、鎂合金的成本過高,且以進口為主。未來汽車的車頂、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,國外某些高端車型的車門等一些部件已始改用工程塑料了。
smart forvision 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)濟性的同時也增強了空氣動力學(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,還對于提高乘坐舒適性和燃油經(jīng)濟性有著重要的意義。LFT 突出的優(yōu)點是:剛度和強度高,減振回彈性好、耐熱、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定,使用壽命長。
大眾公司也已選用陶氏的玻纖增強PC/ABS 合金,生產(chǎn)Phaeton 美國版的儀表板支架。是因為該材料在模擬撞擊試驗中,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。因為無需金屬支撐物而大大降低了部件重量、裝配時間和成本。
目前,國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。采用纖維增強復(fù)合塑料材料制作的車身與鋼制車身相比,可實現(xiàn)降重35%的目標;如果采用碳纖增強復(fù)合材料,則可達到降重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。
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