车用工程塑料将替代更多金属部件,为什么说轻量化设计可能才是新能源汽车的发展趋势

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质量轻,碳排放低,这可能是汽车轻量化设计最大的益处,不得不说,与多年前相比,如今的汽车早已不是那个仅仅负责两点穿梭的工具了,不仅是人们对于汽车本身的要求更高了,汽车的设计厂商在骑车的制造方面也是做足了工夫,除了高科技的电子设备,车身的轻量化设计可能就是最重要的技术了。

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奇瑞路虎揽胜极光,是SUV轻量化设计较好的车型,它在同级别SUV中算轻的,其很多部件都采用了工程塑料。”3月3日,中国工程塑料工业协会秘书长郑恺接受《中国汽车报》采访时表示,路虎揽胜极光在制造中采用了一系列高级轻质材料,比如像PA/PPO
合金应用于前翼子板,PC/PBT
合金应用于行人保护吸能块,并将长玻纤增强聚丙烯应用于仪表板及内门模块,使其自重小于1.6
吨,比揽胜运动版轻了35%,二氧化碳排放量低于130 克/千米。

发达国家将汽车塑料作为衡量汽车设计和制造水平的重要指标。目前,工程塑料德国使用的汽车数量最多,占汽车总材料的15%以上。除了英国路虎,兰博基尼、梅赛德斯-奔驰SLR、宝马i系列和许多其他车型使用更先进的汽车工程塑料。一些专家甚至预测,未来新材料的创新应用可能会颠覆传统汽车。

发达国家将汽车用塑料量作为衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要标志,目前德国汽车用量最多,占整车用料的15%以上。除英国路虎外,兰博基尼、奔驰SLR、宝马i系等众多车型大范围地采用更为先进的车用工程塑料。甚至有专家预言,未来新材料的创新应用可能颠覆传统汽车。

金沙手机版app,烟雾、节能减排和更严格的油耗规定,国内汽车公司不遗余力地开发汽车轻量化技术。众所周知,汽车轻量化主要体现在汽车优化设计、合金材料和非金属材料的应用,这反过来又是汽车的轻量级减重10%~15%,30%~40%、45%~55%。显而易见的是,工程塑料等非金属材料的“减重”效果明显,其在汽车中的主要作用是使汽车更轻。目前,越来越多的汽车零部件开始使用工程塑料而不是金属零件。

雾霾、节能减排及更加严格的油耗法规,国内车企们都不遗余力地开发汽车轻量化技术。众所周知,汽车轻量化主要体现在汽车优化设计、合金材料及非金属材料应用上,其依次为汽车的轻量化减重10%~15%、30%~40%、45%~55%。郑恺告诉记者,工程塑料等非金属材料的“减重”效果明显,其用在汽车上主要作用是使汽车轻量化。目前,越来越多的汽车部件开始采用工程塑料替代金属制件。

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车用工程塑料应用逐年上升

汽车工程塑料应用逐年增加,“普通塑料的比重为0.9至1.6,玻璃纤维增强复合材料的比例不超过2.0,,这使得塑料成为汽车轻量化的首选材料。使用塑料可以减少零件重量约40%,并且可以大大降低成本,用塑料件替代塑料件不仅可以减轻车辆重量,降低油耗和排放,还可以提高汽车动力的舒适性和安全性。

“一般塑料的比重在0.9~1.6,玻纤增强复合材料的比重也不会超过2.0,而A3
钢为7.6,黄铜为8.4,铝为2.7。这就使得塑料成为汽车轻量化的首选材料。使用塑料可以减轻零部件约40%的重量,同时其成本也可以大幅度降低。”3月4日,北汽福田工程研究总院材料工程所工程师高嵩接受采访时表示。

在发达国家,每辆汽车使用的塑料量从20世纪90年代的100-130千克增加到2004年的152千克和2006年的174千克。目前的消耗量为230千克。国外汽车品牌现在使用的是塑料复合材料和高性能工程塑料,而国内自主品牌则采用塑料。这也反映了我们的车辆轻量化技术的差距。

北京市化学工业研究院研发中心总工程师钱志国介绍,以塑料件代替金属材料部件,不仅能够减轻车重,降低燃油消耗和排放,还可以提高汽车的动力、舒适性及安全性,所以其广泛应用在汽车动力及底盘系统、内外装饰件、汽车电子等部件上。

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高嵩介绍,聚酰胺材料主要应用于动力、底盘零部件及结构件,约占整车塑料的20%;聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚和热塑性聚酯等材料主要应用于电子电器零部件及结构件,约占整车塑料的15%左右。改性聚苯醚和ABS工程塑料及其合金材料主要应用于内外饰零部件,随着车型档次提高,工程塑料应用增加,ABS及其合金应用比例增加。她还介绍了工程塑料在汽车上应用的一些优势,比如采用长玻纤增强复合材料代替金属外装饰件,可以减轻外部物体对车身的冲击力;塑料制品还具有吸收和衰减振动和噪声的能力,可以提高乘坐的舒适性;用塑料做车身覆盖件十分适宜在污染严重的地区使用;钢材制件如果漆面受损或者先期防腐做得不好就容易生锈腐蚀金属,但是汽车塑料耐腐蚀性强。塑料对酸、碱、盐等抗腐蚀能力大于钢板。此外,用塑料件替代金属制件,其成本可降低30%~40%。

到2020年,汽车的平均塑料消耗量可能达到500kg/单位或更多,占车辆总材料的1/3以上。随着新能源汽车的广泛使用,铝合金、镁合金的成本过高,主要是进口。未来汽车车顶、车门、座椅零件、车轮和汽车结构部件,甚至车身可能转换为工程塑料。事实上,国外一些高端车型的某些部件已经转换为工程塑料。

国内车用工程塑料研究应加速

目前,世界上塑料制成的车身已广泛应用于小批量车或一些高端车型。如宝马i系列产品。与钢体相比,由纤维增强复合塑料材料制成的机身可以达到减重35%的目标;如果使用碳纤维增强复合材料,可以实现重量减少超过60%的效果。目前,碳纤维塑料的成本太高,因此仅用于高档车型,如BMW、梅赛德斯-奔驰。

工程塑料优势众多,深受欧美汽车企业重视,且应用广泛。据悉,在发达国家,每辆汽车塑料用量从上世纪90
年代的100~130kg 上升到2004 年的152kg 和2006
年的174kg,现在用量是230kg。高嵩介绍,国外汽车品牌现在已经大规模使用塑料复合材料(主要是玻纤增强复合材料如:长纤维增强热塑性材料和高性能的工程塑料等,而国内自主品牌汽车在塑料复合材料上的应用却相对较少。这也反映了我们整车轻量化技术水平的差距。

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郑恺认为,工程塑料在汽车上应该有更广泛的应用,只是目前国内在研究车用工程塑料应用上不够重视。

工程塑料的使用以及汽车的轻量化设计在未来的趋势其实是必然的,随着汽车工业的发展和越来越成熟,金属材质作为曾经汽车上的主要材料,也不可能永远的保持活力,而新鲜的产物往往就是这么产生的,汽车工业的技术越来越成熟,汽车本身的问题也会越来越少。

高嵩介绍,塑料在汽车上的每一种应用都包含着要解决结构设计、制造工艺与装备、材料选择与改性等方面的问题。除此之外,还必须解决制品的表面或涂装、联接、试验评价等问题。她认为,整车企业应该根据自主开发的需要,要求塑料零部件商、材料供应商和整车企业联合起来,针对未来新车型开发的需要,开展零部件应用技术的研究工作。巴斯夫相关人员接受记者采访时说:“让汽车更轻更节能,巴斯夫车用塑料广泛应用在汽车内外饰件、动力传动与底盘、塑料轮毂等部件上,部分部件可替代铝合金材料,其减重降本效果明显。”

工程塑料开始替代部分铝合金件

到2020
年,汽车平均塑料用量将可能达到500kg/辆以上,约占整车用料的1/3以上。随着新能源汽车的广泛使用,加之铝合金、镁合金的成本过高,且以进口为主。未来汽车的车顶、车门、座椅部件、轮毂以及汽车周边结构件,甚至车身都有可能改用工程塑料。其实,国外某些高端车型的车门等一些部件已始改用工程塑料了。

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概念车采用的是巴斯夫的全塑料轮毂,其重量与普通轮毂相比可减轻30%
以上(每车减轻12~20kg),在提高燃油经济性的同时也增强了空气动力学和碰撞安全性能。全塑轮毂使用LFT,与金属制造的相比具有优异的综合性能。每只轮子不但减轻了3kg,还对于提高乘坐舒适性和燃油经济性有着重要的意义。LFT
突出的优点是:刚度和强度高,减振回弹性好、耐热、抗蠕变、尺寸稳定,使用寿命长。

大众公司也已选用陶氏的玻纤增强PC/ABS 合金,生产Phaeton
美国版的仪表板支架。是因为该材料在模拟撞击试验中,能量的吸收,要比传统材料高出50%;使坐在前面不系安全带的乘客免遭冲击伤害。据悉,大众第7代高尔夫前端支架采用巴斯夫的车用工程塑料。因为无需金属支撑物而大大降低了部件重量、装配时间和成本。

目前,国际上由塑料制成的车身已在小批量生产的汽车中或一些高档车型上得到了广泛应用、如宝马i
系列产品。采用纤维增强复合塑料材料制作的车身与钢制车身相比,可实现降重35%的目标;如果采用碳纤增强复合材料,则可达到降重60%以上的效果。目前由于碳纤维塑料的成本太高,所以只有宝马、奔驰等高端车型上采用。

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