第四百零九章 塑料技术与汽车轻量化

　　　　晚上睡觉之前，沈笑夫又看了一篇文章《塑料技术与汽车轻量化》：

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　　塑料在现代汽车制造中起着重要的作用。

　　越来越多的塑料使用在汽车上，为人们描绘了汽车向更轻、更省油和更环保发展的趋势。

　　【开发车用塑料结构件是今后发展方向】

　　塑料是以合成树脂(聚合树脂或缩聚树脂)为主要成分，并根据需要而添加不同添加剂所组成的混合物。

　　它具有独特的性能:

　　(1)密度小。100  kg塑料可替代其它材料200～  300  kg，可减少汽车自重，增加有效载荷。

　　(2)物理性能良好。柔韧性较好，耐磨，避震，单位质量的塑料的抗冲击性不亚于金属，有些工程塑料、碳纤维增强的塑料性能甚至还远远高于金属。

　　(3)耐化学腐蚀性。塑料对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有很强的抵抗能力，其中，聚四氟乙烯是化学性能最稳定的材料，硬聚氯乙烯是最常用的耐腐蚀材料，它可耐质量浓度达90%的浓硫酸以及各种浓度的盐酸和碱液。

　　（4）设计自由度大。可制成透明、半透明或不透明的制品，外观多种多样，表面可制作具有特色的花纹。

　　（5）着色性好。可按需要制成各种颜色。

　　(6）加工性能好。杂的制品可一次成型，大批量生产，效率高，成本较低，经济效益显著。

　　如果以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的1/10。

　　(7)环保、节约能源。可回收利用。大量采用塑料的汽车每100  km节油量在0.5  L以上。

　　在现今交通事故不断、乘客安全受到威胁的情况下，部分内饰件的安全性检验已纳入议事日程。

　　如仪表板上表面的头部冲击试验、其下边缘的膝盖撞击试验、座椅靠背的身体冲击试验等，均要求被检验的内饰件不能碎裂，更不能碎片四溅或出现棱角而伤人。

　　因此，汽车内饰件不仅应舒适美观，更应能保护乘客安全。

　　为了有效合理地利用能源及原材料、降低汽车成本，不同类型轿车内饰件使用的材料可以统一使用几种材料，这样势必会扩大这几种原料的生产规模，其材料及成本等都是最经济的。

　　但塑料也存在一些缺点，如收缩率大，吸水性强，尺寸稳定性差，难以制得高精度制品;易燃，燃烧时产生大量黑烟和有毒气体，长期使用易老化、易变形等，这可以通过改性减少其缺陷。

　　随着汽车向轻量化方向发展，塑料在汽车上的用量日益增加。利用塑料的质轻、防锈、吸震、设计自由度大等特点，汽车用塑料结构件取得了长足的发展，并且是今后的重点发展方向之一。

　　塑料制品不仅能够减少汽车零件数量，在降低噪声方面也起到了很好的作用。

　　生产厂家应利用塑料制品成型的特点，尽量将多个零件一体化，减少数目，设法达到一次成型复杂零件的目的。

　　汽车用塑料的使用量呈逐年增长趋势，这种趋势在今后还将继续。

　　汽车轻量化对于节能至关重要。

　　过去的20年中轿车平均减重25%，从而全球每天减少汽油消耗近75万桶，大大减少CO2排放量。

　　汽车外装塑料件对于汽车轻量化效果比较明显。

　　由于塑料的强度比金属的差，一般需要增加零件壁厚，因此，今后有待开发既价廉、强度又高又耐高温的塑料。

　　随着汽车用塑料由内饰件向结构件、功能件的发展，以及汽车负荷的增大，单一塑料已无法满足高应力件、高温件和外板等部件的使用要求。

　　今后应开发力学强度高、综合性能好、耐热性与耐久性优良、寿命长及可靠性好的功能型工程塑料。

　　【采用塑料结构件的汽车渐入佳境】

　　对于急需减轻汽车质量以提高里程表现的汽车制造商来说，现在比以往任何时候更有充分的理由使用塑料。

　　精巧的塑料包装有助于隐藏混合动力电池，而下一代锂离子汽车电池采用塑料来连接分开的薄膜和外壳。

　　即使是用来输送连接电池和车轮的电流的电线也将包裹着工程塑料;

　　而使用生物柴油和其他新型混合燃料的汽车则需要特殊混合树脂来生产软管和油箱。

　　日本丰田汽车公司和美国通用汽车公司都承诺将在未来两年推出插入式混合动力车，其中，通用汽车将着重开发与2007年亮相的Volt概念车类似的车型。

　　丰田在本届车展上展出的ABAT概念车进一步体现了混合动力车的潜力。

　　该车不仅采用电池驱动，而且其车身结构由碳纤维制成的。

　　复合材料更适用于低产量汽车，可能在2万～  4万辆的混合动力车;而传统汽车则在8万辆或以上。

　　因为汽车制造商能借助复合材料赋予混合动力车不同于非环保型汽车的外观。

　　投资开发电动车和混合动力车还给予汽车制造商改变汽车本身结构的可能性，使塑料有更好的机会与钢和铝等传统材料相抗衡。

　　汽车制造商将从根本上考虑改变汽车的制造方式，如汽车货箱地板过去一般都由钢制成。

　　在设计电动车和混合动力车时，必须考虑到电池组的安放空间。

　　采用塑料能使货箱地板的设计更为灵活。

　　鉴此，复合材料能在新的车体结构中发挥作用。

　　通用汽车公司的Volt概念车和福特汽车公司新推出的林肯MKT概念车都采用Sabic的树脂来生产车身镶板。

　　杜邦公司、陶氏化学公司和巴斯夫集团也在与汽车制造商合作开发基于可再生资源的塑料。塑料甚至可以使用在标准内燃机中。

　　美国政府新出台的里程表现标准规定，到2020年，汽车制造商的所有汽车的平均油耗必须达到15  km/L。

　　这意味着所有的汽车构件都必须提升其里程表现。

　　目前，国外汽车的内饰件已基本实现塑料化，如今塑料在汽车中的应用范围正在由内装件向外装件、车身和结构件扩展。

　　今后的重点发展方向是开发结构件、外装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料与塑料，并对材料的可回收性予以高度关注。

　　从品种上看，聚烯烃材料因密度小、性能较好且成本低，近来有把汽车的内饰和外装材料统一到聚烯烃材料的趋势。

　　因此，其用量会有较大的增长，预计聚丙烯今后可保持8%的年增长率，聚乙烯的增长势头也很强劲。

　　【塑料材质的优势使汽车轻量化】

　　塑料在汽车制造中不仅具有轻量化的作用，还具有成型容易、耐腐蚀等特性。

　　此外，塑料制品具有弹性变形等特性，能够吸收大量碰撞能量，对强烈撞击有较大的缓冲性，对车辆和人员起到一定的保护作用，大大提高了车辆行驶的安全性。

　　塑料具有的这些特性完全符合汽车工业发展的整体趋势，因此，将会获得更大的发展。

　　诸多优势使车用材料对塑料材质青睐有加。

　　首先，汽车材料应用塑料的最大优势是减轻车体的质量。

　　一般塑料的密度在0.9～  1.5，纤维增强复合材料密度也不会超过2.0，而金属材料的密度A3钢为7.6，黄铜为8.4，铝为2.7。

　　这就使得塑料材料成为汽车轻量化的首选用材。

　　其次，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。

　　而用塑料可以一次加工成型，加工时间短，精度有保证。

　　三是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，对车辆和乘员起到保护作用。

　　因此，现代汽车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等作用，可以提高乘坐的舒适性。

　　四是塑料耐腐蚀性强，局部受损不会腐蚀;而钢材制件一旦漆面受损或者先期防腐做得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中使用。

　　统计显示:汽车一般部件质量每减轻1%，可节油1%;运动部件每减轻1%，可节油2%。

　　国外汽车自身质量同过去相比，已减轻20%～  26%。

　　预计在未来的10年内，轿车自身的质量还将继续减轻20%。

　　而塑料等轻量化材料的开发与应用，在汽车的轻量化过程中发挥着重大作用。

　　减轻汽车自重是降低汽车排放、提高燃烧效率的有效措施。

　　汽车的自重每减少10%，燃油的消耗可降低6%～  8%，为此增加车用塑料在汽车中的使用量，成为降低整车成本及其自重、增加汽车有效载荷的关键。

　　塑料由于质量轻、耐腐蚀、加工容易，一直被汽车工程界所重视。塑料主要应用在衬套、装饰件及车身某些部件上。

　　可是人们追求的目标是应用在整个车身外壳上。

　　目前，已经有人搞出了一种接近真正意义上的塑料汽车，它就是戴姆勒-克莱斯勒公司生产的CCV概念车，一种几乎全塑的车身外壳。

　　这款由克莱斯勒公司主持设计的概念车，车身外壳采用PET(聚对苯二甲酸乙二酯)材料模压注塑成型，由4片模压注塑成型的全塑片材(两片内板件、两片外板件)在车身中心线处对接，形成整体式的车身结构。

　　车身材料含有玻璃增强纤维，加强车身的刚度和硬度，还含有稳定剂、冲击延展剂、颜色等添加剂。

　　CCV全塑车身是目前世界上最大的注塑件，要求模具精度高，成型表面平整，而且要控制塑性材料的流动性，板块黏合要求绝对可靠，CCV解决了这些技术难题。

　　它采用新结构、新技术、新工艺，开创了全塑车身的发展之路。

　　近年来，塑料在汽车中的用量迅速上升。

　　全球平均每辆汽车的塑料用量在2000年就已达105  kg，约占汽车总质量的8%～  12%。

　　塑料在轿车中的使用比例较高，如奥迪A  2型轿车，塑料件总质量已达220  kg，占总用材的24.6%。

　　目前，发达国家车用塑料已占塑料总消耗量的7%～  8%，预计不久将达到10%～  11%。

　　目前，车用塑料的品种包括:聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等。随着汽车工业朝轻量化、安全、环保和节能方向的发展，车用塑料在汽车制造中担当着越来越重要的角色。


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