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塑料——汽车轻量化的首选材料

塑料——汽车轻量化的首选材料

  全球14.3%的温室气体来自汽车工业。这是拜耳材料科技汽车业务部门给出的数据。节能减排已经成为汽车工业低碳发展的革命性课题。而塑料以其重量轻、设计灵活、制造成本低、性能优异、功能广泛等特点,使汽车在轻量化、低排放、安全性和制造成本等多个方面获得突破,从而成为21世纪汽车工业最好的材料选择。


    由内饰件向结构件扩展


    数据显示,汽车的自身重量减少1%,可节油1%;汽车运动部件减轻1%,可节油2%。因此,轻量化已成为汽车材料发展的主要方向。在汽车设计中大量采用塑料部件,不仅可以满足汽车设计综合性能的要求,即轻量化、安全、防腐、造型和舒适性等,还有利于降低成本,节约材料资源。塑料正在逐渐成为汽车轻量化的首选材料。


    塑料在汽车上的应用按功能主要分为内饰件、外装件和功能结构件三大类。保险杠等外装件以塑代钢,可以减轻汽车重量,达到节能的目的;仪表板、座椅、头枕等内饰件对安全、环保、舒适性能的要求较高,采用可吸收冲击能量和振动能量的弹性体和发泡塑料来制造,可减轻碰撞时对人体的伤害,提高汽车的安全系数;燃油箱、发动机和底盘上的零件等功能结构件,则多采用高强度工程塑料甚至是特种工程塑料,来达到减轻重量、降低成本、简化工艺的目的。


    目前国外汽车内饰件已基本实现塑料化,塑料在汽车上的应用范围也正在由内饰件向外饰件、车身面板和结构件扩展。材料供应商表示,汽车塑料件的发展重点已经向开发结构件、外装件用的增强复合材料和高性能树脂材料转移。耐高温、耐油的聚酰胺结构部件,满足车身在线喷涂要求的塑料面板材料,以及能让视野更开阔、设计更灵活的聚碳酸酯车窗材料,更是顶级材料供应商推荐的拳头产品。


    新能源汽车的直接推手


    新能源汽车对轻量化的要求远远高于传统汽车。这是国内外企业对新能源汽车轻量化的共识。


    电动车/混合动力车的动力系统与传统汽车的区别很大,仅动力系统就可能额外增加200千克的重量。由于电池技术等还未能做到同步发展,行驶里程短成为了电动汽车发展的瓶颈。在同样动力“不足”的情况下,质量较轻的汽车无疑能行驶得更远。轻量化对新能源汽车至关重要,高性能材料的发展甚至可以直接推动新能源汽车的发展。


    据了解,电动汽车电源系统对绝缘性的要求很高,热管理系统则对耐化学性、抗水解性的要求比较苛刻。下一代电池组能否在降低重量和成本的同时提高性能,直接关系到电动汽车能否获得质的飞跃。电池组的框架和结构部件、电池隔膜等对材料也提出了创新性的要求,目前一些公司已经给出了高性能聚酰胺等候选方案:通过材料革新提升荷电线和连接器负荷,达到功能集成化,以降低下一代逆变器的自重和成本。已有一些企业正在进行这方面的开拓性工作。


    报废汽车回收的“加速器”


    现在,世界汽车工业开始对整车可回收性提出要求,欧盟、美国和日本都已颁布了强制性标准,我国的报废汽车相关国标也已上报,预计今年内将通过施行。回收利用率将被纳入汽车产品市场准入的管理体系。


    由于塑料可回收并进行多次利用,节省了制造过程的资源消耗,因此除了减重之外,节约资源也成为车用塑料用量快速增长的又一大动力。许多塑料材料的供应商在接受采访时都表示,他们在为汽车提供轻量化解决方案的同时,更强调从材料的全生命周期来进行评价,并尽可能使用可回收利用的材料生产零部件。


    除了对通用塑料、工程塑料的用量不断增多,不少汽车企业还将目光瞄准了生物塑料。比如丰田公司曾公开表示,2015年之前将把汽车塑料中的20%(质量比)替换为生物塑料。虽然目前还无法广泛使用生物塑料,但他们对生物塑料寄予了厚望,尤其是在内饰件上的应用。


    福特的研究团队正在设法扩大可再生材料与天然材料的应用范围。福特2010Flex的第三排储物箱采用了聚丙烯和20%麦秆混合制成的AgriPlas树脂。重量比全PP材质储物箱轻10%。据福特估计,在储物箱中用麦秆代替树脂每年将减少2万磅的油耗,减少3万磅的二氧化碳排放。基于大豆油为原料的树脂混合料也被众多汽车制造商用于聚氨酯泡沫座位,据估计,已有150多万辆汽车使用了大豆聚氨酯材料。


    马自达汽车株式会社与广岛大学正式签署合作研发协议,双方将共同推进马自达生物塑料项目。该项目将在非粮作物纤维素生物原料的基础上研发新型环保生物塑料技术,并力争在2013年之前实现其在车辆上的产业化应用。目前马自达混合动力车的座椅已经应用了帝人公司生产的Biofront耐热型生物塑料。
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