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塑料行业新材料百花齐放

从PC全景天窗,到全塑车门框架,再到可量产的全塑轮毂;从CHINAPLAS国际橡塑展上各化工巨头展台上概念车的比拼,到北京国际车展上国内首款大量采用PC材料概念车的亮相,尽管我们很难断定汽车全塑时代是否或何时带来,但不难看出的是,各种新材料已在汽车领域上百花齐放,在未来汽车应用上必大有可为。

    从CHINAPLAS中国国际橡塑展上泰科纳展台的Bamboo电动概念车、帝人化成采用生物塑料及碳纤增强材料的Couch电动车、巴斯夫展台配备全塑轮毂的smartforvision、三菱的绿色动力电动概念车、沙伯基础创新塑料的运动感十足的QarmaQ跨界多功能车、赢创展台的莲花跑车,以及中央广场展示的由学生设计的概念车,到北京国际汽车展上长城公司大幅使用聚碳酸酯材料的“哈弗E”概念车,我们都不难看到,聚碳酸酯、聚酰胺、弹性体以及增强复合材料等新材料在汽车的应用正呈现出百花齐放的蓬勃之势。

    从车用聚碳酸酯说起

    聚碳酸酯在汽车的应用最突出的就是对玻璃车窗的替代,拜耳、帝人、SABIC等全球知名聚碳酸酯供应商已在这一领域展开了激烈竞争。

    在2012年北京国际汽车展上正式亮相的长城汽车“哈弗E”概念车,最大的特点是7个车窗组件均采用拜耳材料科技高性能模克隆聚碳酸酯制成,并配有大尺寸全景天窗。使用模克隆聚碳酸酯取代玻璃能够减重达50%。同时,重量的减轻能够降低汽车的重心,提高驾驶性能。据悉,这是中国汽车制造商首次如此大范围应用聚碳酸酯车窗来减少汽车重量。

    此前,布加迪威龙16.4GrandSport敞篷超级豪华轿跑车的透明全景车顶也采用了该材料,厚度仅为5毫米。该跑车最高时速确可达407公里,是目前公路允许行驶的最快速超级跑车。模克隆聚碳酸酯全景天窗因此也成为了迄今为止同类产品中应用於最快车速的品种。拜耳材料科技聚碳酸酯业务部预计,汽车工程设计的未来发展趋势将侧重於研发透明车身或车顶。如,汽车车顶将成为设计的对象,重点关注大尺寸全景天窗以及车顶和尾部区域的相关三维设计。

    日本帝人化成在CHINAPLAS2012展示了一辆名为CONCH的环保型电动概念车。车窗使用帝人Panlite聚碳酸酯树脂材料代替玻璃,抗冲击力强,是玻璃的200倍以上,轻度仅玻璃的一半,不会因高热变形。座椅使用帝人的高耐热性生物塑料Biofront等材料,突显环保理念。车身使用帝人集团的碳纤维Tenax,实现轻量化。

    帝人化成早在2010年就开发了另一款电动概念车——PU_PAEV。除聚碳酸酯树脂外,帝人化成还开发了用於汽车的聚碳酸酯合金材料,如PC+ABSPC+聚酯。PC+ABS具有较高的耐热性,而PC+聚酯具有较好的耐化学品性能和耐疲劳性能,它是汽车外饰部件,如车门把手、装饰、外部车身覆盖件等的理想材料。

    此外,帝人开发了可以隔离热辐射的聚碳酸酯用於车窗和天窗。该材料可以模塑成采用隔热膜时无法制成的所需形状。PU_PAEV采用了这种隔离热辐射的聚碳酸酯技术。

    在CHINAPLAS2012期间,SABIC展台展示的QarmaQ是其与现代公司的一个合作项目,也充分展示了在汽车制造中用塑料替代金属、玻璃和热固性塑料等传统材料所带来的设计自由度和实用性。

 

这款车在五年前日内瓦车展中已首次亮相。由於大量采用高新材料,与采用传统材料打造的同类车辆相比,QarmaQ的重量可减轻60公斤。用於水平车身覆盖件的XenoyiQ和ValoxiQ树脂可将每个零件的重量减轻50%,并同时保持与钢铁相当的强度。QarmaQ采用的XenoyiQ和ValoxiQ树脂解决了三个关键的环境问题——节约能源、减少温室气体排放、升级再造或重新利用PET塑胶瓶。QarmaQ重新利用了大约900个废弃的PET瓶子。同时还可以通过用完全透明的Lexan聚碳酸酯车窗替代传统玻璃来实现减重。

    来自美国恩坦华产品集团开发了全球第一款全塑结构车门硬件模块SuperPlug,该产品还赢得了2011美国塑料工程师协会(SPE)汽车创新大奖赛名人堂大奖。它以一个由SABICXenoy30%玻璃填充聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇(PC/PBT)树脂制成的气辅注塑成型零件,替换了40个独立的金属零件。车门模块概念始於XenoyPC/PBT树脂,现在这种树脂材料已经被业界广泛应用於车门模块制造。SuperPlug车门模块能够降低10%的成本,使每扇车门减重3.3磅(1.49公斤),每辆车减重13.2磅(5.94公斤),且由於能在总装线上把模块置入车门,简化了装配过程。

    汽车迎来全塑时代?

    除聚碳酸酯及其合金的大范围应用外,增强塑料在汽车更有极大的用武之地。

    泰科纳和瑞士Rinspeed共同开发的电动概念车Bamboo将其在亚洲的首秀选择了上海CHINAPLAS国际橡塑展,随後参加了北京国际车展。Bamboo的重要材料都由泰科纳提供,这是泰科纳与Rinspeed第二次联手合作。车身底部、轮毂部件、尾门、仪表板盖和横向稳定杆都由Celstran长玻纤增强热塑性材料tapes制成,特点是质轻、高刚度和高耐久性,能回收再利用。Hostaform共聚甲醛tapes用於汽车内部遮盖和门槛护板。立柱护板和方向盘装饰嵌条都由HostaformMetalX材料制成,与其他减轻冲击强度的POM材料相比,这种材料在抗冲击强度和接合线的完整性方面设立了新的标准,因其轻便、易加工和金属表观等优点,无需喷涂,可作为金属的理想替代品。

    对於车的尾门和横向稳定杆,泰科纳也使用了CFR-TPPPSCF60材料。这种Tapes由荷兰AFPT公司做实心的交叉缠绕以确保其高硬度。对於横向稳定杆来说,这种交叉缠绕的处理使它有可能构建一个结构组件:在汽车结构中,这种碳纤维半成品可以直接集成用来连接驾驶舱和车辆下部结构。这种材料具备相当的稳定性,其他比它重很多的金属才能达到同样效果,如果用铝或钢替代,车重会分别增加20%和50%。

    在CHINAPLAS2012上亮相的由巴斯夫和戴姆勒公司联合研发的划时代概念车smartforvision更采用全塑轮毂,这是业内首款适於量产的全塑轮毂。它采用长纤维增强UltramidStructure制成,每只轮毂的重量较铝合金轮毂减轻了3公斤。底盘等支撑结构采用基於Baxxodur环氧树脂系统的纤维增强聚合物,大幅减轻重量。除Tridion轻质车身外,车门等零部件也采用高性能复合材料—碳纤维增强环氧树脂制成,与钢铁和铝相比,重量可分别减轻50%和30%。


 

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