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• 車(chē)用塑料創(chuàng)新應(yīng)用現(xiàn)狀及無(wú)限空間
• 發(fā)布時(shí)間：2019-03-18 瀏覽次數(shù)：43
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        相比傳統(tǒng)鋼材，汽車(chē)塑料在輕量化、提升造型設(shè)計(jì)自由度、降低成本上優(yōu)勢(shì)明顯。在非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件處使用塑料，既不用擔(dān)心提高塑料件強(qiáng)度的問(wèn)題，還能獲得以上提到的諸多優(yōu)勢(shì)。多年來(lái)，塑料在汽車(chē)上的應(yīng)用量不斷提升。在過(guò)去30年間，汽車(chē)的塑料用量己從20世紀(jì)60年代初的10kg左右上升到21世紀(jì)初的 200kg量級(jí)。亞太地區(qū)是最大的汽車(chē)塑料市場(chǎng)，其表現(xiàn)也一直備受關(guān)注。目前中國(guó)各類(lèi)車(chē)型汽車(chē)使用塑料達(dá)到了每輛130～160kg，相比2010年(70kg)已經(jīng)有了顯著提高，但與汽車(chē)強(qiáng)國(guó)，如德國(guó)(300kg)相比還有差距，這也說(shuō)明，亞太地區(qū)還有長(zhǎng)足的進(jìn)步空間。
        一、塑料使用區(qū)域分類(lèi)
        現(xiàn)今汽車(chē)塑料的應(yīng)用主要分為：功能結(jié)構(gòu)件、內(nèi)飾件、外飾件三類(lèi)。它們對(duì)塑料件的特性和使用功效各有不同。
        功能結(jié)構(gòu)件：氣門(mén)室罩蓋、冷卻風(fēng)扇、燃油箱、散熱器水室、油泵殼體、進(jìn)氣歧管、前大燈組件、速度表、配線、蓄電池、音箱。
        功能結(jié)構(gòu)件中，塑料能提高耐腐蝕度、耐磨度、表面光滑度和減重效果。比如采用改性塑料并通過(guò)AIM工藝制備的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管，相比傳統(tǒng)的鑄鐵、鋁件有很多優(yōu)點(diǎn)，重量減少40%、內(nèi)壁光滑有利于提高進(jìn)氣充量、良好的抗化學(xué)性，有效提高其使用壽命。
  此外，寶馬公司還曾在微型底盤(pán)汽車(chē)的前端部件系統(tǒng)中，使用比例近30%的玻璃纖維增強(qiáng)PP材料，除降低成本外還可減少近30%的部件質(zhì)量。
        內(nèi)飾件：儀表板、雜物箱、雜物盒、煙灰盒、方向盤(pán)、立柱裝飾、扶手、車(chē)門(mén)、地板護(hù)板、手套箱。
        在內(nèi)飾件上，塑料則能降低成本，提高環(huán)保、舒適性和安全作用。由于塑料良好的包容性，部分品牌車(chē)門(mén)還會(huì)采用天然纖維和PP熱壓制作，有效減輕車(chē)門(mén)重量、降低成本和隔音能力。另外纖維還能大大提高門(mén)內(nèi)板強(qiáng)度，并在激烈碰撞中通過(guò)材的自行粉碎吸能，保護(hù)車(chē)內(nèi)乘員安全。
        塑料在內(nèi)飾上的作用不限于此，比如優(yōu)秀的座椅離不開(kāi)舒適性，現(xiàn)今汽車(chē)彈性減震部分大都使用軟質(zhì)PU模塑泡沫塑料?？紤]到塑料易成型的特點(diǎn)，利用得當(dāng)還能增大車(chē)內(nèi)空間，這直接促成了車(chē)門(mén)內(nèi)板與扶手一體化設(shè)計(jì)的流行。
        外飾件：保險(xiǎn)杠、側(cè)防撞條、散熱器格柵、保險(xiǎn)杠、擾流板、擋泥板、擋泥板襯板、車(chē)門(mén)把手。
        在外飾件上，塑料可減輕車(chē)重、降低維護(hù)成本并提高車(chē)身造型的自由度，一體成型的塑料尾門(mén)一度成為熱潮，比如1982款雪鐵龍BX，就在尾門(mén)上使用了BMC(不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料)材料，此后如1996款沃爾沃V70、2002款梅甘娜II、2007年馬款自達(dá)5、2011年標(biāo)致508的旅行版、2014款DS6等都有使用塑料尾門(mén)。
        就汽車(chē)塑料使用率看，乘用車(chē)中的塑料部件占車(chē)身總重量的比例平均在8%至12%，但應(yīng)用于外飾件的比例僅占車(chē)身總重的1%至2%，內(nèi)飾件占比最高，大約在5至8%。所以大趨勢(shì)上，外飾件和功能結(jié)構(gòu)件的塑料化將成為下一步重點(diǎn)發(fā)展方向。比如采用旋塑工藝的全塑車(chē)身結(jié)構(gòu)，能夠減重近60%的車(chē)身重量，這是傳統(tǒng)材料和工藝不能企及的高度，不過(guò)由于強(qiáng)度不足，現(xiàn)今全塑車(chē)身主要被使用在低速電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域。
        二、 未來(lái)汽車(chē)零部件塑料化趨勢(shì)
        就現(xiàn)今汽車(chē)塑料使用來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)沒(méi)到飽和的程度。比如僅塑料保險(xiǎn)杠就占到了約42%汽車(chē)塑料總用量，而塑料前端框架的使用也是近些年才流行起來(lái)，國(guó)內(nèi)至今甚至都沒(méi)有建立相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，由此可見(jiàn)多元化發(fā)展的目標(biāo)還遠(yuǎn)沒(méi)實(shí)現(xiàn)。
        而在材料類(lèi)別層面，聚丙烯(32%)，聚氨酯(17%)和聚氯乙烯(16%)占汽車(chē)總高性能塑料的約66%，新型車(chē)用塑料的使用還有進(jìn)一步提升空間。
  
  
        由于碳纖維材料成本居高不下，目前汽車(chē)塑料的市場(chǎng)機(jī)遇就落到了以下新材料上：聚甲基丙烯酸甲酯、長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料、熱塑性復(fù)合材料、生態(tài)塑料或生物塑料等。
        聚甲基丙烯酸甲酯，具有高透明度，低價(jià)格，易于機(jī)械加工等優(yōu)點(diǎn)，是平常經(jīng)常使用的玻璃替代材料。廣泛用于儀器儀表零件、汽車(chē)車(chē)燈。
        長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料可應(yīng)用于儀表板，門(mén)模塊，前端模塊，尾門(mén)以及需要平衡尺寸穩(wěn)定性，耐熱性和重量?jī)?yōu)化的其他內(nèi)部和半結(jié)構(gòu)應(yīng)用。
        眾所周知，生態(tài)塑料或生物塑料是過(guò)去十年發(fā)展最快的材料行業(yè)之一，比如第四代馬自達(dá)MX-5Miata(2015)的小型內(nèi)飾上就使用了自家開(kāi)發(fā)的生物材料，隨后CX-9等重磅車(chē)型中也開(kāi)始跟進(jìn)使用。
        好生物材料的不僅馬自達(dá)一家，比如早在2016年年中，福特汽車(chē)公司就順利成為全球首個(gè)以二氧化碳為原料，開(kāi)發(fā)配方并測(cè)試新型發(fā)泡材料與塑料部件的汽車(chē)制造商。研究人員預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi)這些新型生物材料將被正式用于福特汽車(chē)量產(chǎn)車(chē)型上。根據(jù)BCC調(diào)查公司研究報(bào)道預(yù)測(cè)，這類(lèi)品將在2020年將達(dá)610萬(wàn)噸左右的規(guī)模。
        三、新材料新工藝
        除開(kāi)材料層面，生產(chǎn)方面，塑料件的模塊化將會(huì)是未來(lái)的重要發(fā)展方向。傳統(tǒng)前端模塊采用近20個(gè)鋼板沖壓件焊接而成，為此需要開(kāi)發(fā)超過(guò)50套以上的模具，而選用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性聚丙烯制作前端模塊，應(yīng)用模壓成形技術(shù)可以將20多個(gè)沖壓件進(jìn)行有效地組合集成化，只需開(kāi)發(fā)一套模具，就可完成整個(gè)產(chǎn)品的一次性成形。既實(shí)現(xiàn)減重的目標(biāo)，還能降低工藝復(fù)雜性和成本。
        當(dāng)前來(lái)說(shuō)，塑料件的模塊化重心主要集中在前端模塊、車(chē)門(mén)模塊上，然而包括儀表板、前保險(xiǎn)杠總成、后保險(xiǎn)杠總成、座椅、底盤(pán)零件和動(dòng)力總成模塊等仍有進(jìn)一步探索的空間。比如多數(shù)車(chē)型儀表板骨架仍采用鋼制材質(zhì)，但一些豪華車(chē)型已經(jīng)開(kāi)始使用模塊化的塑料儀表板骨架了。
        以寶馬2017 MINI Countryman為例，其儀表板骨架通過(guò)采用長(zhǎng)玻纖塑料制成，相比傳統(tǒng)材料減重20%。寶馬也通過(guò)此項(xiàng)突破，獲得了美國(guó)塑料工程師協(xié)會(huì)(SPE)主辦的第47屆汽車(chē)年度車(chē)身內(nèi)飾類(lèi)別創(chuàng)新大獎(jiǎng)。
        模塊化帶來(lái)的是生產(chǎn)方式的精益化，塑料結(jié)構(gòu)優(yōu)化則是錦上添花。比如保險(xiǎn)杠的薄壁化開(kāi)發(fā)上，相比常規(guī)3.0mm壁厚設(shè)計(jì)，此前吉利采用的2.5mm壁厚設(shè)計(jì)(pp材料)，能使得單件減重20~15%。
        顯然薄壁化能夠進(jìn)一步降低成品重量，提高輕量化效果，但薄壁化容易引起翹曲變形，還會(huì)有脫模困難的問(wèn)題。因此除了需要提升工藝水平外，材料特性的提升也很重要。改性塑料作為最重要的汽車(chē)輕質(zhì)材料，將會(huì)在此領(lǐng)域起到重要作用。
  

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