車用塑料未來趨勢：輕量化、舒適性和環保
發布時間：2014-11-26
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輕量化的四個方向
浙江吉利汽車研究院有限公司NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）及環保性能開發部總工程師熊飛介紹了輕量化技術在吉利汽車的實踐。熊飛提出，輕量化作為一門綜合學科，與材料、安全、耐久、結構設計、制造技術、連接技術、NVH、操穩等核心技術緊密結合，不僅實現汽車減重，同時兼顧產品功能、成本及質量等要素。非金屬材料在汽車輕量化上的應用開發，概況起來可以劃分為四個方向：“以塑代鋼”輕量化、模塊化與集成化、結構優化輕量化、材料的輕量化新應用。以塑代鋼輕量化，如塑料后橫梁的新設計方案——塑料復合材料橫梁重量僅為2kg，不僅實現50%的減重效果，還能夠滿足安全性能要求。塑料翼子板的開發也帶來諸多效益，如實現40%的減重效果，滿足特殊的翼子板造型需求，優良的低速沖擊性能，能夠滿足行人保護法規要求，而且性能更優。
模塊化設計、模塊化生產，也是眾多國內外車企一直追求的方向之一。目前很多部件及系統，已經實現模塊化生產，如側門系統、儀表臺系統、發動機系統等，近年，前端模塊成為車企模塊化關注熱點之一。熊飛介紹說，2008年，前端模塊為全金屬結構，超過15個零件組成，到2014年，全塑框架、局部金屬嵌件增強的集成化模塊前端結構能夠實現30%的減重效果，并大量減少零件，而且采用PP-LFT材料，成本低。
結構優化也帶來輕量化效果。如保險杠的薄壁化開發，常規的設計為3.0MM壁厚；采用普通的PP滑石粉材料；單件重量4~5kg，現在市場上已出現2.5、2.0mm壁厚。吉利采用2.5mm壁厚設計，高剛性PP材料，單件減重10-15%，總計減重0.8kg，成本降低。但是，薄壁化開發也面臨諸多挑戰：減薄后產品的成型問題；減薄后可能導致產品的剛性下降；減薄后導致的產品強度降低。需要通過提高材料熔體指數，增加流動性，由現行標準提高到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，通過技術分析，適當的提高彎曲模量，可以解決因減薄帶來的強度和剛度下降問題。
材料的新應用也可實現輕量化，如塑料玻璃在汽車玻璃上有一定的應用可能，塑料背門車窗比無機玻璃減重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，其車型油箱基本實現以塑代鋼材料的優化和切換，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，質量穩定，生產效率高；油箱造型自由，可以成型出形狀復雜的異形產品；內外部均耐腐蝕；克服了金屬油箱不耐沖擊的缺點；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用技術，他說：“廣汽研究院已經在A平臺首款車型中應用前端模塊技術，并在該平臺后續車型中展開應用。B平臺后續車型也已經開始將鈑金零件替換塑料前端骨架。”王琛指，除大眾外，寶馬、通用、奔馳、雷諾、標志等眾多歐美企業已經成熟應用前端模塊技術，現代集團也已經在10年前新平臺車型均采用，日系日產、馬直達等、自主品牌華晨、一汽奔騰、廣汽等都已經有平臺車型應用。今后，隨著眾多主機廠、產品供應商、材料供應商在此技術上的投入及應用，該技術勢必迎來新的發展。博祿汽車事業部應用市場經理孫為則介紹了輕量化創新材料解決方案，博祿首先通過五步法保證材料的環保性能，降低VOC排放，主要是原材料選擇、配方設計、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用和相關的設計，幫助車企實現輕量化。他舉例說，大眾高爾夫7上的儀表盤使用了博祿材料后，與原設計相比減輕了0.5KG，其他性能也得到優化。
創新工藝
新材料的應用終離不開工藝的創新，當前，玻纖、碳纖增強熱塑性材料在汽車的應用也是一大熱門話題。阿博格機械（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。
阿博格這一技術大的特點是：伺服電機驅動的送料裝置將纖維直接送入熔化的塑料，并將連續纖維切成15-50 毫米長度，設備配有兩級螺桿：熔化塑料粒料；送入纖維，均勻混合。應用這一工藝，所有普通的塑料都能隨意調配玻纖增強配方；還具有成本低：2500KN及以上鎖模力的標準注塑機即可；靈活機動：任何時候都可轉換成普通的料筒進行注塑成型；快速整合：由于側邊送料裝置的封閉結構,可廣泛的應用在各種ALLROUNDER上；高彈性輕量化產品：使用機器人埋入有機板進行自動化注塑生產。
德國Kiefel公司汽車/家電事業部總監安德列亞斯?弗里希介紹了公司應用于汽車內飾表面裝飾的技術，如真空復合設備和壓力復合設備，前者包括KL-series單工位KL系列、多工位KLS與KLV系列以及旋轉工位KDT系列熱成型機，后者典型應用包括門板插件、門扶手、門上護板、中控臺、行李箱襯板、各類覆蓋件、儀表板等。
他說：“作為熱成型系統供應商，我們提供從協助產品設計到終成品整個過程的服務，并專注于效率提升和高品質模具的設計和制造迎合高產量汽車內飾件的要求，并將材料消耗降到低。”作為熱成型設備行業的市場者，KIEFEL從60年代早期就開始生產真空復合設備及模具。
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