塑造上品:“以塑代钢”是否符合汽车轻量化发展趋势


近年来,塑料在汽车中的应用不断增多。目前,德国、美国、日本等国的汽车塑料用量已达到10%15%,有的甚至达到了20%以上。从现代汽车使用的材料来看,无论是外装饰件、内装饰件,还是功能与结构件,到处都可以看到塑料制作的影子。且随着工程塑料硬度、强度、拉伸性能的不断提高,塑料车窗、车门、骨架乃至全塑汽车已逐步出现,汽车塑化进程正在加快。


应轻量化大势所趋


当前,世界汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化。减轻汽车自身的重量是降低汽车排放,提高燃烧效率的最有效措施之一,据悉,汽车的自重每减少10%,燃油的消耗可降低6%8%。为此,增加塑料类材料在汽车中的使用量,便成为降低整车成本及其重量,增加汽车有效载荷的关键。


全国知名的重度垂直塑料电商平台塑造上品(www.suzaopin.com)表示:“除轻量化外,塑料在汽车上的使用在一定程度上可降低产品成本。相对来说,塑料成型容易,使得形状复杂的部件加工十分便利,可为工程师节省磨具和工艺的调试时间,加速产品的商业化进程,有利于降本增效。”


那么,用塑料做汽车材料有哪些优势呢?


第一,汽车材料应用塑料的最大优势是减轻车体的重量。轻量化是汽车业追求的目标,塑料在此方面可以大显其威。一般塑料的比重为0.9~1.5,纤维增强复合材料比重也不会超过2,而金属材料中,A3钢的比重为7.6、黄铜为8.4、铝为2.7。这使塑料成为汽车轻量化的首选用材。近年来,为了提升市场竞争优势,各车企纷纷研发并上马采用了轻量化设计的车型,大幅提高塑料的使用率。宝马2013年量产的BMWi3纯电动汽车,外壳材料为塑料、底盘材料为铝合金,与传统同类车型相比,实现减重250~350千克。而这股以塑带钢的减重风在我国自主品牌中亦较为盛行。例如在轿车和轻型车中,CA7220小红旗轿车中的塑料用量为88.33kg,上海桑塔纳为67.2kg,奥迪为89.98kg,富康为81.5kg,依维柯0041则为144.5kg;在重型车中,斯太尔149182.25kg,斯太尔王为120.5kg


第二,塑料成型容易,使得形状复杂的部件加工十分便利。例如仪表台用钢板加工,往往需要先加工成型各个零件,再分别用连接件装配或焊接而成,工序较多。而使用塑料可以一次成型,加工时间短,精度有保证。


第三,塑料制品的弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量,对强烈撞击有较大的缓冲作用,对车辆和乘客起到保护作用。因此,现代汽车上都采用塑化仪表板和方向盘,以增强缓冲作用。前后保险杠、车身装饰条都采用塑料材料,以减轻车外物体对车声的冲击力。另外,塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的作用,可以提高乘坐的舒适性。


第四,塑料耐腐蚀性强,局部受损不会腐蚀。而钢材制作一旦漆面受损或者先期防腐做的不好就容易生锈腐蚀。塑料对酸、碱、盐等抗腐蚀能力大于钢板,如果用塑料做车身覆盖件,十分适宜在污染较大的区域使用。


第五,塑料可根据塑料的组织成分,通过添加不同的填料、增塑剂和硬化剂制出所需性能的塑料,改性塑料的机械强度及加工成型性能,以适应车上不同部件的用途要求。例如保险杠要有相当的机械强度,而坐垫和靠背就要采用柔软的聚氨酯泡沫塑料。更方便的是塑料颜色可以通过添加剂跳出不同颜色,省去喷漆的麻烦。有些塑料件还可以电镀,如abs塑料具有很好的电镀性能,可用于制作装饰条、标牌、开关旋钮、车轮装饰罩等。



高功能塑料在汽车中正得到越来越多的应用。塑造上品认为,使用塑料有助于减轻汽车重量,汽车重量每减少10%,燃料经济性可提高5%,汽车制造商适应塑料代替传统的钢制材料还可降低成本。塑料可提高汽车制造商设计的灵活性。塑料在汽车中的成功应用更使汽车成本得以降低,一个简单的注模塑料部件可起到许多金属部件焊接在一起的功能,塑料可模铸成比钢组合件更为复杂的形状,可减少集成过程中所用的部件数。


注模的塑料部件也具有美学效果,而使用传统的材料如钢和玻璃很难达到,如玻璃前灯透镜用聚碳酸酯材料替代。环境动力正在推动汽车生产商采用基于塑料的汽车釉料。在许多汽车生产商的评估项目中,燃料消费和二氧化碳排放是考虑的关键因素。应用开发信息表明,用聚碳酸酯(PC)替代玻璃的环境效益包括重量、安全和设计。1千克的PC釉料可替代2.2千克的玻璃,对于15万公里使用寿命(以美国轿车平均消费计),可节约200~300兆焦的能力和减少14~22千克二氧化碳排放。


塑料汽车是否安全


传统的观念普遍认为,轻薄的产品安全系数较低。然中国汽车工程学会产业研究院运行总监王智文在接受采访时指出,汽车并不是车越重越安全。即使汽车上使用很轻的材料,如果采取高强度的加工工艺,也能达到很轻但弹性非常好的效果,从而也就越安全。



在强度上,工程塑料中部分并不输于金属,其中的聚甲醛(POM)更是有“赛钢”之称。该产品由塞拉尼斯发明,既有类似于金属的强度、硬度(与PC/ABS相比,其强度高出600-700Mpa),同时具有较高的抗疲劳性、抗冲击性、耐腐蚀性和弹性。此外,该产品在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性和稳定性。目前已被广泛应用汽车诸多部件,如燃油系统、保险杠支架、轴承等。


工程塑料在拥有类似金属硬度、强度的基础上,还兼具“柔美”之性能,其弹性变形的特性能吸收大量的碰撞能量,对强烈撞击有较大的缓冲作用,对车辆和乘客起到保护作用。因此,现代汽车上都采用塑化仪表板和方向盘,以增强缓冲作用。前后保险杠、车身装饰条都采用塑料材料,以减轻车外物体对车身的冲击力。另外,塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的作用,可以提高乘坐的舒适性。同济大学汽车学院教授王宏雁表示,车身在安全性设计时希望能够通过结构的变形吸收一部分碰撞能量,以塑料制造的车身,只要结构涉及合理,制造工艺得当,其安全性应该比金属材料车身要好。


除了车身部件,如前述所讲,工程塑料开始由小部件开始向车身大部件上拓展,如德国大陆为提高汽车驾驶安全系数,将6165A6PPS(聚苯硫醚)作为汽车用材料融入到新型汽车挡风玻璃系统中的影像装置零件中。该公司称,挡风玻璃安全性能的高低是衡量汽车整体功能的关键,6165A6PPS是一种机械性能极强的聚合物,这种混有65%玻璃和矿物纤维的增强型工程塑料能够最大限度减少材料弯曲度,是理想的车用塑料。


在此并非夸张或强调塑料的安全性有多高,从事实来讲,在部分安全部件上,塑料的确暂时无法代替金属。以上更多是为疏导车企和消费者理念,记者在之前的走访中了解到,目前部分车企在新车研发中承认和使用了塑料制品,然就在量产时处于销量和安全考虑,打了退堂鼓。如果材料经过安全考核标准,却不让其发挥光热,的确是件憾事。



从总体来说,汽车塑料已由普通装饰件开始向结构件、功能件方向发展;汽车塑料材料向强度更高、冲击性更好、超高流动的复合材料和塑料合金方向发展,然对于全塑汽车的推广,未来还有一段长路要走,不仅仅是安全问题,还涉及到老化、回收等问题,这有待技术的进一步提高。

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