車用塑料未來趨勢：輕量化、舒適性和環(huán)保
發(fā)布時(shí)間：2014-11-26
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輕量化的四個(gè)方向
浙江吉利汽車研究院有限公司NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）及環(huán)保性能開發(fā)部總工程師熊飛介紹了輕量化技術(shù)在吉利汽車的實(shí)踐。熊飛提出，輕量化作為一門綜合學(xué)科，與材料、安全、耐久、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、連接技術(shù)、NVH、操穩(wěn)等核心技術(shù)緊密結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)汽車減重，同時(shí)兼顧產(chǎn)品功能、成本及質(zhì)量等要素。非金屬材料在汽車輕量化上的應(yīng)用開發(fā)，概況起來可以劃分為四個(gè)方向：“以塑代鋼”輕量化、模塊化與集成化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕量化、材料的輕量化新應(yīng)用。以塑代鋼輕量化，如塑料后橫梁的新設(shè)計(jì)方案——塑料復(fù)合材料橫梁重量僅為2kg，不僅實(shí)現(xiàn)50%的減重效果，還能夠滿足安全性能要求。塑料翼子板的開發(fā)也帶來諸多效益，如實(shí)現(xiàn)40%的減重效果，滿足特殊的翼子板造型需求，優(yōu)良的低速沖擊性能，能夠滿足行人保護(hù)法規(guī)要求，而且性能更優(yōu)。
模塊化設(shè)計(jì)、模塊化生產(chǎn)，也是眾多國內(nèi)外車企一直追求的方向之一。目前很多部件及系統(tǒng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，如側(cè)門系統(tǒng)、儀表臺系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)等，近年，前端模塊成為車企模塊化關(guān)注熱點(diǎn)之一。熊飛介紹說，2008年，前端模塊為全金屬結(jié)構(gòu)，超過15個(gè)零件組成，到2014年，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，并大量減少零件，而且采用PP-LFT材料，成本低。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化也帶來輕量化效果。如保險(xiǎn)杠的薄壁化開發(fā)，常規(guī)的設(shè)計(jì)為3.0MM壁厚；采用普通的PP滑石粉材料；單件重量4~5kg，現(xiàn)在市場上已出現(xiàn)2.5、2.0mm壁厚。吉利采用2.5mm壁厚設(shè)計(jì)，高剛性PP材料，單件減重10-15%，總計(jì)減重0.8kg，成本降低。但是，薄壁化開發(fā)也面臨諸多挑戰(zhàn)：減薄后產(chǎn)品的成型問題；減薄后可能導(dǎo)致產(chǎn)品的剛性下降；減薄后導(dǎo)致的產(chǎn)品強(qiáng)度降低。需要通過提高材料熔體指數(shù)，增加流動性，由現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)提高到30g/10min以上，解決可能充不滿、注射壓力大、注射溫度高等問題；以及提高材料模量，通過技術(shù)分析，適當(dāng)?shù)奶岣邚澢Ａ浚梢越鉀Q因減薄帶來的強(qiáng)度和剛度下降問題。
材料的新應(yīng)用也可實(shí)現(xiàn)輕量化，如塑料玻璃在汽車玻璃上有一定的應(yīng)用可能，塑料背門車窗比無機(jī)玻璃減重44%。北汽福田汽車股份有限公司工程研究總院非金屬材料室主管工程師尚紅波介紹說，其車型油箱基本實(shí)現(xiàn)以塑代鋼材料的優(yōu)化和切換，如歐曼GTL超能版車型油箱通過以塑代鋼減重25KG。塑料油箱總成重量為鐵油箱的1/3左右，降低了整車重量和油耗。除輕量化外，還帶來諸多好處：一次吹塑成型，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高；油箱造型自由，可以成型出形狀復(fù)雜的異形產(chǎn)品；內(nèi)外部均耐腐蝕；克服了金屬油箱不耐沖擊的缺點(diǎn)；塑料油箱由于3min的阻燃性能，可在2min火中燒烤，無燃油流出，不會由于油箱的傳熱性能造成油箱爆炸；材料本身具有抗靜電性能，油箱不受靜電影響；一次成型，不受燃油腐蝕，內(nèi)部清潔度高；壽命長（20年）。廣汽研究院車身工程部外飾與附件科科長王琛也著重介紹了前端模塊的應(yīng)用技術(shù)，他說：“廣汽研究院已經(jīng)在A平臺首款車型中應(yīng)用前端模塊技術(shù)，并在該平臺后續(xù)車型中展開應(yīng)用。B平臺后續(xù)車型也已經(jīng)開始將鈑金零件替換塑料前端骨架?！蓖蹊≈福蟊娡?，寶馬、通用、奔馳、雷諾、標(biāo)志等眾多歐美企業(yè)已經(jīng)成熟應(yīng)用前端模塊技術(shù)，現(xiàn)代集團(tuán)也已經(jīng)在10年前新平臺車型均采用，日系日產(chǎn)、馬直達(dá)等、自主品牌華晨、一汽奔騰、廣汽等都已經(jīng)有平臺車型應(yīng)用。今后，隨著眾多主機(jī)廠、產(chǎn)品供應(yīng)商、材料供應(yīng)商在此技術(shù)上的投入及應(yīng)用，該技術(shù)勢必迎來新的發(fā)展。博祿汽車事業(yè)部應(yīng)用市場經(jīng)理孫為則介紹了輕量化創(chuàng)新材料解決方案，博祿首先通過五步法保證材料的環(huán)保性能，降低VOC排放，主要是原材料選擇、配方設(shè)計(jì)、改性工藝、后處理、與客戶的合作共享。通過博祿綠色材料的應(yīng)用和相關(guān)的設(shè)計(jì)，幫助車企實(shí)現(xiàn)輕量化。他舉例說，大眾高爾夫7上的儀表盤使用了博祿材料后，與原設(shè)計(jì)相比減輕了0.5KG，其他性能也得到優(yōu)化。
創(chuàng)新工藝
新材料的應(yīng)用終離不開工藝的創(chuàng)新，當(dāng)前，玻纖、碳纖增強(qiáng)熱塑性材料在汽車的應(yīng)用也是一大熱門話題。阿博格機(jī)械（上海）有限公司工藝部工程師陳遙針對這一話題介紹了長玻纖直接注塑工藝。
阿博格這一技術(shù)大的特點(diǎn)是：伺服電機(jī)驅(qū)動的送料裝置將纖維直接送入熔化的塑料，并將連續(xù)纖維切成15-50 毫米長度，設(shè)備配有兩級螺桿：熔化塑料粒料；送入纖維，均勻混合。應(yīng)用這一工藝，所有普通的塑料都能隨意調(diào)配玻纖增強(qiáng)配方；還具有成本低：2500KN及以上鎖模力的標(biāo)準(zhǔn)注塑機(jī)即可；靈活機(jī)動：任何時(shí)候都可轉(zhuǎn)換成普通的料筒進(jìn)行注塑成型；快速整合：由于側(cè)邊送料裝置的封閉結(jié)構(gòu),可廣泛的應(yīng)用在各種ALLROUNDER上；高彈性輕量化產(chǎn)品：使用機(jī)器人埋入有機(jī)板進(jìn)行自動化注塑生產(chǎn)。
德國Kiefel公司汽車/家電事業(yè)部總監(jiān)安德列亞斯?弗里希介紹了公司應(yīng)用于汽車內(nèi)飾表面裝飾的技術(shù)，如真空復(fù)合設(shè)備和壓力復(fù)合設(shè)備，前者包括KL-series單工位KL系列、多工位KLS與KLV系列以及旋轉(zhuǎn)工位KDT系列熱成型機(jī)，后者典型應(yīng)用包括門板插件、門扶手、門上護(hù)板、中控臺、行李箱襯板、各類覆蓋件、儀表板等。
他說：“作為熱成型系統(tǒng)供應(yīng)商，我們提供從協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計(jì)到終成品整個(gè)過程的服務(wù)，并專注于效率提升和高品質(zhì)模具的設(shè)計(jì)和制造迎合高產(chǎn)量汽車內(nèi)飾件的要求，并將材料消耗降到低。”作為熱成型設(shè)備行業(yè)的市場者，KIEFEL從60年代早期就開始生產(chǎn)真空復(fù)合設(shè)備及模具。
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