汽車行業的頂級技術主要集中在發動機、變速箱技術及汽車輕量化技術兩個方面,由此可見汽車輕量化技術對于汽車的重要性。隨著汽車工業的發展,汽車的輕量化由于符合節能和環保的要求,逐漸成為汽車發展的主流,以塑代鋼、以輕代重、以少代多是汽車輕量化最有效的途徑。
目前,用于普通汽車的塑料按類型和等級分類多達上百種。比如聚丙烯(PP)用于儀表板、輪圈蓋和引擎部件中;聚乙烯(PE)用于地毯;聚氨酯(PUR)用于座椅;聚酰胺(PA)用于需要加熱且耐化學腐蝕的部件中,等等。其中,ABS、PP、PUR和PA占汽車用塑料總量的70%,其他為高性能工程塑料、熱塑性彈性體、微孔泡沫塑料、生物降解塑料及纖維增強復合材料等高端塑料。
汽車輕量化技術在發達國家已經研發多年,內飾件已基本實現塑料化,今后將重點開發結構件、外裝件用的增強塑料復合材料、高性能樹脂材料及生物降解塑料。發達國家汽車的單車塑料平均使用量為120千克,占汽車總重量的12%—20%,并將繼續提高塑料在汽車零部件中的使用比例,預計到2020年,發達國家汽車平均用塑料量將達到500千克/輛以上。
2011年日內瓦車展上,蘭博基尼展示了一款用碳纖維復合材料制成的單體構造車身。該款成型車艙完全以碳纖維制造而成,并配以硬殼式結構,其承載結構為“單殼體”設計,充分利用碳纖維強化材料的超強剛度,既牢固又安全;2012年德國汽車展上,康迪泰克公司推出一款采用塑料材質活塞的空氣彈簧系統,能夠最大限度上利用活塞缸內部空間,比鋼制彈簧重量降低75%,該活塞使用的塑料是一種經過特別強化的聚己內酰胺纖維;日本東麗公司通過與高校合作將于2015年推出“碳纖復材汽車”,相比目前汽車輕40%,節省燃油30%。
微孔泡沫塑料既能通過減輕材料密度來降低用量,又有較高的強度和耐用度,減重幅度可達20%。2012年,福特汽車將微孔泡沫塑料用于生產發動機罩,除保持強度和降低密度之外,耗費工時降幅可達33%,并將進一步將微孔泡沫塑料用于汽車輕量化;菲亞特在巴西推出的車型使用了聚氨酯座椅泡沫,并添加含量不超過5%的生物材料,既降低重量又保持了座椅的彈性。
汽車工業的迅速發展也使其面臨廢舊汽車回收及循環再利用的問題,歐洲規定到2015年大部分汽車材料可回收利用,其他國家也紛紛制定針對汽車材料回收利用的相關政策,因此汽車用生物降解塑料將大有作為。豐田自稱是第一家在車輛內襯和其他內飾表面中使用甘蔗基PET的汽車制造商;在2011年,菲亞特憑借在部分燃料管路中使用杜邦提供的蓖麻油基ZytelRS聚酰胺1010,贏得了美國和歐洲的塑料工程師協會頒發的汽車創新獎環境類大獎;福特汽車2010Flex的第三排儲物箱采用了聚丙烯和20%麥稈混合制成的樹脂,重量比全PP材質儲物箱輕10%,估計每年可減少2萬磅的油耗及3萬磅的CO2排放。
與發達國家相比,國內汽車在輕量化技術方面與國外先進水平相比存在較大差距,國產車的單車塑料平均使用量為78千克,塑料用量僅占汽車自重的5%—10%。隨著我國汽車產量的增加及自主創新能力的不斷提升,汽車用塑料零部件也逐漸擺脫了大部分依賴進口、模仿國外的模式,在新材料開發、工藝改進及產品設計理念上都取得明顯進步。
2011年,奇瑞與拜耳聯手創建汽車輕量化聯合實驗室,將聚碳酸酯塑料車窗用材料作為研發重點;2012年,長城汽車在北京車展上展出的哈弗E概念車,其7個車窗組件均采用拜耳模克隆聚碳酸酯制成,并配有大尺寸全景天窗,是我國本土汽車制造商首次如此大范圍應用聚碳酸酯車窗;同年,我國首臺配備碳纖維全復合材料車廂的自卸車在內蒙古包頭下線,比金屬廂體減重29%,意味著我國復合材料在汽車輕量化領域的應用技術有了新的突破。另外,吉利汽車、東風汽車、北汽福田等國內知名汽車品牌都加大了汽車輕量化用塑料的研究力度,希望通過采用新技術逐步提高塑料占汽車的比重,爭取趕超國外先進水平。
總之,我國汽車輕量化技術現狀與汽車第一大國的地位不匹配,自主研發能力差,產品性能低,原料品質差,供需不平衡等一系列問題嚴重制約了汽車輕量化技術的進步。隨著新材料及新成型技術日新月異的發展,與汽車輕量化相關的各研發部門及廠家更應密切配合,推陳出新,圍繞著汽車輕量化帶來的巨大商機,加大自主研發投入,尤其在新材料、模具制造及成型工藝等方面,爭取推出多項全球領先的汽車輕量化新技術,努力將我國打造成全球汽車輕量化技術的中心。(中國塑料加工工業協會綜合業務部 鐘雁)

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