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塑料技术在汽车轻量化应用中的最新进展
最后更新:2013-02-25    浏览:2762 字体大小:

 汽车行业的顶级技术主要集中在发动机、变速箱技术及汽车轻量化技术两个方面,由此可见汽车轻量化技术对于汽车的重要性。随着汽车工业的发展,汽车的轻量化由于符合节能和环保的要求,逐渐成为汽车发展的主流,以塑代钢、以轻代重、以少代多是汽车轻量化最有效的途径。
  目前,用于普通汽车的塑料按类型和等级分类多达上百种。比如聚丙烯(PP)用于仪表板、轮圈盖和引擎部件中;聚乙烯(PE)用于地毯;聚氨酯(PUR)用于座椅;聚酰胺(PA)用于需要加热且耐化学腐蚀的部件中,等等。其中,ABS、PP、PUR和PA占汽车用塑料总量的70%,其他为高性能工程塑料、热塑性弹性体、微孔泡沫塑料、生物降解塑料及纤维增强复合材料等高端塑料。
  汽车轻量化技术在发达国家已经研发多年,内饰件已基本实现塑料化,今后将重点开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料及生物降解塑料。发达国家汽车的单车塑料平均使用量为120千克,占汽车总重量的12%—20%,并将继续提高塑料在汽车零部件中的使用比例,预计到2020年,发达国家汽车平均用塑料量将达到500千克/辆以上。
  2011年日内瓦车展上,兰博基尼展示了一款用碳纤维复合材料制成的单体构造车身。该款成型车舱完全以碳纤维制造而成,并配以硬壳式结构,其承载结构为“单壳体”设计,充分利用碳纤维强化材料的超强刚度,既牢固又安全;2012年德国汽车展上,康迪泰克公司推出一款采用塑料材质活塞的空气弹簧系统,能够最大限度上利用活塞缸内部空间,比钢制弹簧重量降低75%,该活塞使用的塑料是一种经过特别强化的聚己内酰胺纤维;日本东丽公司通过与高校合作将于2015年推出“碳纤复材汽车”,相比目前汽车轻40%,节省燃油30%。
  微孔泡沫塑料既能通过减轻材料密度来降低用量,又有较高的强度和耐用度,减重幅度可达20%。2012年,福特汽车将微孔泡沫塑料用于生产发动机罩,除保持强度和降低密度之外,耗费工时降幅可达33%,并将进一步将微孔泡沫塑料用于汽车轻量化;菲亚特在巴西推出的车型使用了聚氨酯座椅泡沫,并添加含量不超过5%的生物材料,既降低重量又保持了座椅的弹性。
  汽车工业的迅速发展也使其面临废旧汽车回收及循环再利用的问题,欧洲规定到2015年大部分汽车材料可回收利用,其他国家也纷纷制定针对汽车材料回收利用的相关政策,因此汽车用生物降解塑料将大有作为。丰田自称是第一家在车辆内衬和其他内饰表面中使用甘蔗基PET的汽车制造商;在2011年,菲亚特凭借在部分燃料管路中使用杜邦提供的蓖麻油基ZytelRS聚酰胺1010,赢得了美国和欧洲的塑料工程师协会颁发的汽车创新奖环境类大奖;福特汽车2010Flex的第三排储物箱采用了聚丙烯和20%麦秆混合制成的树脂,重量比全PP材质储物箱轻10%,估计每年可减少2万磅的油耗及3万磅的CO2排放。
  与发达国家相比,国内汽车在轻量化技术方面与国外先进水平相比存在较大差距,国产车的单车塑料平均使用量为78千克,塑料用量仅占汽车自重的5%—10%。随着我国汽车产量的增加及自主创新能力的不断提升,汽车用塑料零部件也逐渐摆脱了大部分依赖进口、模仿国外的模式,在新材料开发、工艺改进及产品设计理念上都取得明显进步。
  2011年,奇瑞与拜耳联手创建汽车轻量化联合实验室,将聚碳酸酯塑料车窗用材料作为研发重点;2012年,长城汽车在北京车展上展出的哈弗E概念车,其7个车窗组件均采用拜耳模克隆聚碳酸酯制成,并配有大尺寸全景天窗,是我国本土汽车制造商首次如此大范围应用聚碳酸酯车窗;同年,我国首台配备碳纤维全复合材料车厢的自卸车在内蒙古包头下线,比金属厢体减重29%,意味着我国复合材料在汽车轻量化领域的应用技术有了新的突破。另外,吉利汽车、东风汽车、北汽福田等国内知名汽车品牌都加大了汽车轻量化用塑料的研究力度,希望通过采用新技术逐步提高塑料占汽车的比重,争取赶超国外先进水平。
  总之,我国汽车轻量化技术现状与汽车第一大国的地位不匹配,自主研发能力差,产品性能低,原料品质差,供需不平衡等一系列问题严重制约了汽车轻量化技术的进步。随着新材料及新成型技术日新月异的发展,与汽车轻量化相关的各研发部门及厂家更应密切配合,推陈出新,围绕着汽车轻量化带来的巨大商机,加大自主研发投入,尤其在新材料、模具制造及成型工艺等方面,争取推出多项全球领先的汽车轻量化新技术,努力将我国打造成全球汽车轻量化技术的中心。(中国塑料加工工业协会综合业务部 钟雁)

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