与传统钢相比,汽车塑料在减轻重量,设计和设计自由度以及降低成本方面具有明显的优势。在非关键结构部件上使用塑料不是增加塑料部件强度的问题,而是上述优点。多年来,塑料在汽车中的使用不断增加。在过去的30年里,汽车用塑料的数量从20世纪60年代初的约10公斤增加到21世纪初的200公斤。亚太地区是最大的汽车塑料市场,其业绩备受关注。目前,中国各类车辆使用塑料车辆达到130-160公斤,与2010年(70公斤)相比有明显改善,但与德国(300公斤)等汽车动力相比仍有差距,亚太地区该地区仍有很大的改善空间。
一,塑料使用领域的分类
今天,汽车塑料的应用主要分为三类:功能结构件,内饰件和外饰件。它们的特征和塑料部件的使用各不相同。
功能结构件:阀室盖,冷却风扇,油箱,散热器水箱,油泵壳体,进气歧管,大灯总成,车速表,接线,电池,扬声器。
功能性结构件,塑料可以提高耐腐蚀性,耐磨性,表面光滑度和减重性。例如,采用改性塑料制成并采用AIM工艺制备的发动机进气歧管与传统的铸铁和铝制零件相比具有许多优点,重量减少40%,内壁光滑,有利于提高进气量和良好的耐化学性。有效延长其使用寿命。
此外,宝马在微型底盘车辆的前端组件系统中使用了近30%的玻璃纤维增强PP材料,除了降低成本外,还可以将组件质量降低近30%。
内部零件:仪表板,手套箱,杂物箱,烟灰缸,方向盘,支柱装饰,扶手,门,地板护板,手套箱。
在内饰件上,塑料可降低成本,改善环境,舒适性和安全性。由于塑料具有良好的包容性,一些品牌的门也采用天然纤维和PP热压制成,有效地减少了门的重量,成本和隔音效果。另外,纤维可以大大提高门内板的强度,在剧烈碰撞中,材料的自磨和吸收能量可以保护车内乘员的安全。
塑料不仅限于内饰的作用。例如,优秀的座椅与舒适性密不可分。如今,汽车的大多数弹性减震部件都使用柔软的PU模塑泡沫。考虑到易于成型的塑料的特性,正确使用也可以增加内部空间,这直接有助于内板和扶手的一体化设计的普及。
外部零件:保险杠,侧面防撞条,散热器格栅,保险杠,扰流板,挡泥板,挡泥板衬板,门把手。
在外部零件上,塑料可以减轻汽车的重量,降低维护成本并增加车身形状的自由度。集成的塑料后挡板曾经成为繁荣。例如,1982款雪铁龙BX在后挡板上使用了BMC。饱和聚酯颗粒成型材料),如1996沃尔沃V70,2002MeganeII,2007马自达5,2011标致508旅行版,2014DS6等。
就汽车塑料的使用而言,乘用车中塑料部件占车辆总重量的比例平均为8%至12%,但应用于外部部件的比例仅占1%至2%。车辆的总重量。内饰件占比最高,约为5%至8%。因此,在大趋势下,外饰件和功能结构件的塑化将成为下一个重点发展方向。例如,使用旋压成型工艺的全塑料车身结构可以将车身重量减少近60%,这是传统材料和工艺无法实现的。但是,由于强度不足,今天的全塑料车身主要用于低速电动车领域。
二,汽车零部件塑料部件的未来趋势
就目前汽车塑料的使用而言,它还远未饱和。例如,只有塑料保险杠占汽车塑料总量的约42%,而塑料前端框架的使用近年来才变得流行。到目前为止,中国还没有建立相关的测试标准,这表明多元化发展的目标还很遥远。未实现。
在材料类别,聚丙烯(32%),聚氨酯(17%)和聚氯乙烯(16%)占汽车高性能塑料总量的66%左右,新的使用还有进一步改进的空间汽车塑料。。
由于碳纤维材料的高成本,目前汽车塑料的市场机会落在以下新材料上:聚甲基丙烯酸甲酯,长玻璃纤维增强聚丙烯材料,热塑性复合材料,生态塑料或生物塑料。
聚甲基丙烯酸甲酯,具有透明度高,价格低,易于机械加工的优点,是一种经常使用的玻璃替代材料。广泛用于仪表零件,汽车灯。
长玻纤增强聚丙烯材料可应用于仪表板,门模块,前端模块,尾门和其他需要平衡尺寸稳定性,耐热性和重量优化的内部和半结构应用。
众所周知,生态塑料或生物塑料是过去十年中增长最快的材料产业之一。例如,第四代马自达MX-5Miata(2015)的小型内饰使用自己的生物材料,其次是CX-第9代和其他重量级车型也开始效仿。
对生物材料不仅看好马自达,而且早在2016年中期,福特汽车公司就成为世界上第一家以二氧化碳为原料开发配方和测试新泡沫材料和塑料零件的汽车制造商。研究人员预计这些新的生物材料将在未来五年内在福特的生产模型中正式使用。根据BCC调查公司的研究报告,这些产品到2020年将达到610万吨的规模。
三,新材料和新工艺
除了材料水平,生产外,塑料件的模块化将是重要的未来的发展方向。传统的前端模块采用近20个钢制冲压件焊接而成。为此,需要开发50多套模具,并使用长玻璃增强热塑性聚丙烯制造前端模块。通过压缩成型技术可以应用20多个冲压件。通过有效地组合和集成,仅需要开发一组模具来完成整个产品的一次成型。它不仅实现了减轻重量的目标,还降低了工艺复杂性和成本。
目前,塑料零件的模块化重心主要集中在前端模块和门模块上,但包括仪表板,前保险杠组件,后保险杠组件,座椅,底盘零件和动力总成模块。仍有进一步探索的空间。例如,大多数车型的仪表板仍然由钢制成,但一些豪华车型已经开始使用模块化塑料仪表板骨架。
以BMW2017MINICountryman为例。仪表板骨架采用长玻璃纤维塑料制成,比传统材料轻20%。通过这一突破,宝马还获得了塑料工程师协会(SPE)颁发的第47届年度汽车车身内饰类别创新奖。
模块化带来了生产方法的精益,塑料结构的优化是锦上添花。例如,保险杠的薄壁开发,与传统的3.0mm壁厚设计相比,吉利使用的2.5mm壁厚设计(pp材料)可以将单件的重量减少20%~15%。
显然,减薄可以进一步减轻成品的重量并增加减重效果。然而,减薄可能引起翘曲和变形,并且存在难以脱模的问题。因此,除了需要提高技术水平外,材料性能的改善也很重要。改性塑料作为最重要的汽车轻质材料,将在该领域发挥重要作用。
