到2020年,汽車(chē)塑料用量將占整車(chē)用料的1/3
30多年來(lái),塑料在汽車(chē)中的應用不斷增多。目前,工業(yè)發(fā)達國家汽車(chē)塑料的用量占塑料總消費量的8%~10%。從現代汽車(chē)使用的材料來(lái)看,無(wú)論是外裝飾件、內裝飾件,還是功能與結構件,到處都可以看到塑料制作的影子。外裝飾件的應用特點(diǎn)是以塑代鋼,減輕汽車(chē)自重,主要部件有保險杠、擋泥板、車(chē)輪罩、導流板等;內裝飾件的主要部件有儀表板、車(chē)門(mén)內板、副儀表板、雜物箱蓋、座椅、后護板等;功能與結構件主要有郵箱、散熱器水室、空氣過(guò)濾器罩、風(fēng)扇葉等。
專(zhuān)家預計,到2020年,汽車(chē)平均塑料用量將可能達到500kg/輛以上,約占整車(chē)用料的1/3以上。
發(fā)達國家更是將汽車(chē)用塑料量,作為衡量汽車(chē)設計和制造水平高低的一個(gè)重要標志,每輛汽車(chē)塑料用量從上世紀90年代的100~130kg上升到2004年的152kg和2006年的174kg,現在用量是230kg,目前德國汽車(chē)用量最多,占整車(chē)用料的15%以上。專(zhuān)家預計,到2020年,汽車(chē)平均塑料用量將可能達到500kg/輛以上,約占整車(chē)用料的1/3以上。
國內生產(chǎn)的汽車(chē)在橡塑材料的使用上與國外尚有較大差距:我國經(jīng)濟型車(chē)每輛塑料用量約為50~60kg,重型載貨車(chē)可達80kg,遠落后于發(fā)達國家每輛汽車(chē)平均重300kg以上(最多已達375kg)、占整車(chē)質(zhì)量20%的水平;我國中、高級轎車(chē)塑料用量每輛為100~130kg,只達到發(fā)達國家上世紀水平。隨著(zhù)塑料件加工工藝的進(jìn)步以及汽車(chē)輕量化的需要,塑料占整車(chē)質(zhì)量比例將繼續增長(cháng)。
今后塑料的科技含量也會(huì )更高,應用自然也會(huì )更加廣闊。
汽車(chē)塑料化必將成為未來(lái)一大趨勢
第一,汽車(chē)材料應用塑料的最大優(yōu)勢是減輕車(chē)體的重量。輕量化是汽車(chē)業(yè)追求的目標,塑料在此方面可以大顯其威。一般塑料的比重為0.9~1.5,纖維增強復合材料比重也不會(huì )超過(guò)2,而金屬材料中,A3鋼的比重為7.6、黃銅為8.4、鋁為2.7。這使塑料成為汽車(chē)輕量化的首選用材。
除了車(chē)身外,汽車(chē)零部件及內外飾件對實(shí)現汽車(chē)輕量化、節能、安全、舒適等目標亦功不可沒(méi),例如聚碳酸酯(PC)樹(shù)脂車(chē)窗可減輕3.4公斤;注塑成型的進(jìn)氣歧管可在220℃高溫下長(cháng)時(shí)間運作,并可承受極高的內壓;由熱塑性聚氨酯制成的充氣式保險杠能從20毫米的壓縮變形中立刻反彈,恢復原形;采用由玻纖增強聚合物制成的懸掛彈簧可減輕底盤(pán)系統的重量,使駕駛更加精確,減少震動(dòng)從而提高舒適性。而一種車(chē)用PLA納米粘土增強型生物基塑料已成功研發(fā)。
研究顯示,汽車(chē)自重每減少10%,其消耗燃油量將減少6%-8%,而碳纖維強化塑料堅固輕巧,不但比鋼輕約50%,比鋁輕約30%,還有著(zhù)出眾的能量吸收能力,因此非常耐碰撞,對實(shí)現汽車(chē)輕量化有顯著(zhù)幫助。
第二,塑料成型容易,使得形狀復雜的部件加工十分便利。例如儀表臺用鋼板加工,往往需要先加工成型各個(gè)零件,再分別用連接件裝配或焊接而成,工序較多。而使用塑料可以一次成型,加工時(shí)間短,精度有保證。
第三,塑料制品的彈性變形特性能吸收大量的碰撞能量,對強烈撞擊有較大的緩沖作用,對車(chē)輛和乘客起到保護作用。因此,現代汽車(chē)上都采用塑料化儀表板和方向盤(pán),以增強緩沖作用。前后保險杠、車(chē)身裝飾條都采用塑料材料,以減輕車(chē)外物體對車(chē)聲的沖擊力。另外,塑料還具有吸收和衰減振動(dòng)和噪聲的作用,可以提高乘坐的舒適性。
第四,塑料耐腐蝕性強,局部受損不會(huì )腐蝕。而鋼材制作一旦漆面受損或者先期防腐做的不好就容易生銹腐蝕。塑料對酸、堿、鹽等抗腐蝕能力大于鋼板,如果用塑料做車(chē)身覆蓋件,十分適宜在污染較大的區域使用。
第五,塑料可根據塑料的組織成分,通過(guò)添加不同的填料、增塑劑和硬化劑制出所需性能的塑料,改變材料的機械強度及加工成型性能,以適應車(chē)上不同部件的用途要求。例如保險杠要有相當的機械強度,而坐墊和靠背就要采用柔軟的聚氨酯泡沫塑料。更方便的是塑料顏色可以通過(guò)添加劑跳出不同顏色,省去噴漆的麻煩。有些塑料件還可以電鍍,如ABS塑料具有很好的電鍍性能,可用于制作裝飾條、標牌、開(kāi)關(guān)旋鈕、車(chē)輪裝飾罩等。
高功能塑料在汽車(chē)中正得到越來(lái)越多的應用。使用塑料有助于減輕汽車(chē)重量,汽車(chē)重量每減少10%,燃料經(jīng)濟性可提高5%,汽車(chē)制造商適應塑料代替傳統的鋼制材料還可降低成本。塑料可提高汽車(chē)制造商設計的靈活性。塑料在汽車(chē)中的成功應用更使汽車(chē)成本得以降低,一個(gè)簡(jiǎn)單的注模塑料部件可起到許多金屬部件焊接在一起的功能,塑料可模鑄成比鋼組合件更為復雜的形狀,可減少集成過(guò)程中所用的部件數。注模的塑料部件也具有美學(xué)效果,而使用傳統的材料如鋼和玻璃很難達到,如玻璃前燈透鏡用聚碳酸酯材料替代。
環(huán)境動(dòng)力正在推動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)商采用基于塑料的汽車(chē)釉料。在許多汽車(chē)生產(chǎn)商的評估項目中,燃料消費和二氧化碳排放是考慮的關(guān)鍵因素。應用開(kāi)發(fā)信息表明,用聚碳酸酯(PC)替代玻璃的環(huán)境效益包括重量、安全和設計。1千克的PC釉料可替代2.2千克的玻璃,對于15萬(wàn)公里使用壽命(以美國轎車(chē)平均消費計),可節約200~300兆焦的能力和減少14~22千克二氧化碳排放。汽車(chē)塑料化推廣仍不理想
固然汽車(chē)塑料的優(yōu)勢很多,然目前在市場(chǎng)上推廣情況卻并非很理想。對于其原因,超兩成的消費者對安全市場(chǎng)存在誤區。部分供應商也有難言之隱:一些車(chē)企在概念車(chē)的開(kāi)發(fā)中嘗試使用了塑料制品,并在測試中對其質(zhì)量和可靠性給予認可,然量產(chǎn)時(shí)則給予置棄,主要迫于目前市場(chǎng)認知和新車(chē)推廣的壓力。的確在消費者固有的觀(guān)念里,與鋼鐵相比,塑料在抗撞擊方面略顯單薄。甚至有些媒體也對汽車(chē)塑料化亦存在“塑料化不上檔次不安全”的偏見(jiàn)。
事實(shí)上,材料品質(zhì)和工藝的提升,使材料在強度、硬度、抗沖擊性等方面并不輸于金屬,同時(shí),材料的彈性是金屬所無(wú)法企及的。同濟大學(xué)汽車(chē)學(xué)院教授王宏雁表示,車(chē)身在安全性設計時(shí)希望能夠通過(guò)結構的變形吸收一部分碰撞能量,以塑料制造的車(chē)身,只要結構涉及合理,制造工藝得當,其安全性應該比金屬材料車(chē)身要好。
超四成的消費者則認為,汽車(chē)塑料化之所以推廣存在障礙,最大的問(wèn)題是高強度及高性?xún)r(jià)比材料的供給。在此方面,武漢理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院博士生導師過(guò)學(xué)迅教授曾表示:汽車(chē)塑料性能還有待提高,例如塑料本身的疲勞期比金屬短,尤其暴露在高溫環(huán)境和接觸汽油時(shí),老化現象尤其嚴重,并且應用在齒輪或者其他傳力的部位時(shí),無(wú)法達到金屬的強度。而國家汽車(chē)輕量化技術(shù)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟副秘書(shū)長(cháng)王智文則提出,目前高端材料長(cháng)期受制于國外技術(shù)壟斷,導致產(chǎn)品成本居高不下,迫使一些企業(yè)放棄高端材料在汽車(chē)上的使用,這不符合國內車(chē)型的市場(chǎng)定位,需要高端材料生產(chǎn)企業(yè)降低成本,同時(shí)需要我們國內企業(yè)加大研發(fā),實(shí)現技術(shù)上的突破。
此外,汽車(chē)塑料化還面臨著(zhù)生產(chǎn)改造成本、回收等問(wèn)題。然總體來(lái)說(shuō),人們對其優(yōu)勢的認可遠大于問(wèn)題所在。而節能政策及產(chǎn)品成本的壓力,使其已成為大勢所趨,要解決以上問(wèn)題、推進(jìn)其發(fā)展尚需要政府機構、車(chē)企、零部件供應商、材料生產(chǎn)商等多方努力,才能使標準更加完善、技術(shù)更加臻熟,消費者安全進(jìn)一步得以保證。
預計在不久的將來(lái),汽車(chē)塑料零部件制造將成為一個(gè)新興塑料產(chǎn)業(yè),不僅擴大塑料產(chǎn)業(yè)的規模,同樣也決定了今后汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展趨勢。