汽车轻量化——车用塑料的颠覆之旅

一般塑料的比重在0.9-1.6，玻纤增强复合材料的比重在2.0以内，而A3钢为7.6，黄铜为8.4，铝为2.7。因此，虽然在强度上不如碳纤维、金属材料，但是从比重上来说，塑料的轻量化效果最好，可谓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，汽车的动力、舒适性及安全性却得以提升。未来其创新应用有可能颠覆传统汽车。

三条路子让车子减重

新修订的《乘用车燃料消耗量限值》国家强制性标准，将于2016年1月1日起执行，每年将设置油耗达标值，直至到2020乘用车平均油耗降至5.0升/100公里。愈趋严格的油耗法规，促使所有汽车制造企业不遗余力地开发汽车轻量化技术。

汽车轻量化并不是单纯的减重，需要同时兼顾产品功能、成本及质量等要素。就“以塑代钢”而言，主要有三个途径：优化材料质量;模块化与集成化;结构优化设计。

材料高性能最关键

国外汽车品牌现在已经大规模使用高性能工程塑料和塑料复合材料。未来汽车的车门、车顶、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。采用纤维增强复合塑料材料制作的车身与钢制车身相比，可降重35%;如果采用碳纤增强复合材料，则可降重60%以上。

蜂窝夹层结构已广泛应用于汽车内饰，包括后备箱地板、车顶内衬和后窗台板。新款奔驰smartfortwo在蜂窝夹层结构顶篷中使用了巴斯夫ElastoflexE聚氨酯泡沫塑料，其顶篷模块由蜂窝夹层和玻璃纤维衬垫组成，比普通顶篷减轻30%左右，但依然保持较好的强度和抗弯刚度。

而朗盛子公司Bond-Laminates推出的一种基于聚丙烯的连续纤维增强复合材料Tepexdynalite，在轻量化汽车生产中也蕴含着重大机遇，尤其是在有高强度需求的大型组件中，比如：后备箱底板、电动车增程器外壳和座椅组件等。

模块化生产已成趋势

在模块化、集成化方面，塑料有非常明显的优势。目前很多部件及系统，如侧门系统、仪表台系统、发动机系统等已经实现模块化生产。全塑框架、局部金属嵌件增强的集成化模块前端结构能够实现30%的减重效果，并可大大减少零件的数量，提升装配效率。据悉，宝马、奔驰、通用、雷诺、标志等众多欧美企业已经成熟应用前端模块、门模块技术。

结构优化设计不可忽略

结构优化设计也是轻量化的重要途径，在满足工艺要求的前提下进行结构形状和尺寸设计。例如保险杠的薄壁化开发，常规的设计为3.0MM壁厚，采用普通的PP滑石粉材料，单件重量4-5kg。据吉利汽车研究院总工程师熊飞介绍，吉利采用2.5mm壁厚设计，高刚性PP材料，单件减重10%-15%。同时，他指出，要实现轻量化不能局限于材料，只有车厂的材料部门参与到整车设计中，才能有效地推动新材料、新工艺的应用。换言之，性能与设计是汽车的根本，材料要为围绕这两点来开发，在此基础上实现轻量化，进而获得更好的燃油效率以及整车的性能属性。

创新工艺来护航

长玻纤增强复合材料、碳纤维增强复合材料，以及改性的低密度、微发泡、薄壁化塑料材料等是目前车用材料研究的热点。这些材料的开发和应用离不开创新工艺的支持。

长纤维注塑，就是轻量化结构件的一种创新工艺。Arbug(阿博格)开发的长纤维直接注塑，通过伺服电机驱动的送料装置将纤维直接送入熔化的塑料，能够将连续的纤维切成15-50mm的长度，两级螺杆确保熔化塑料颗粒的同时送入纤维，保证均匀地混合，真正达到增加强度的目的。以汽车气囊外壳的长纤维直接注塑为例，使用16mm玻纤直接注塑，50%的玻纤长度都可以大于2mm，大大优于长纤维粒料的注塑。

英格斯模具制造(中国)有限公司在CHINAPLAS2015展会上曾经展出其全新FLEXflow伺服驱动阀浇口系统，尤其适用于汽车类大型塑件、高质光学件、高性能工程材料、窄工艺窗口的注塑应用。在节约成本方面，可减小锁模力约20%，减轻塑件重量高达5%。

MuCell微发泡注塑成型技术在汽车制造中的使用日趋普及。有媒体报道，路虎计划到2017年在所有车型上都采用MuCell技术。微孔发泡是指以热塑性材料为基体，通过特殊的加工工艺，使制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔。MuCell工艺在减轻重量方面尤其具有优势，能够在基本保证制件结构强度的前提下，重量减少可达10%;循环周期减少50%，平均成本降低16%-20%。早在2000年，在与MIT合作的基础上，Trexel公司首先利用这种技术实现了商业化应用。包括Arbug、Demag、Engel、Husky、Dupont等在内的许多世界知名设备和原料厂商都购买了这种技术的专利使用权。为达到轻量化目标，未来MuCell仍将是业界竞相应用的技术。

汇聚世界尖端塑料技术的CHINAPLAS2016国际橡塑展，将于2016年4月25-28日在上海新国际博览中心(浦东)盛大举行，展场面积逾24万平方米，云集世界各地超过3,200多家展商及多个国家展团。目前，已预订展位的知名参展商包括巴斯夫、BirlaCarbon、塞拉尼斯、埃克森美孚、科莱恩、三井化学、帝斯曼、LG化学、赢创、苯领、宝理、SK综合化学、苏威、帝人、巨石集团、住友、东丽、德马格、恩格尔、方力、哈希斯、哈斯高、英格斯、马斯特模具、宁波双马、诺信、圣万提、伊之密、柳道、云天化、朗力等等。

展会预计将有超过来自150个国家/地区逾140,000名专业观众莅临展会洽谈业务与采购。历届吸引了许多国际知名的整车及汽配企业参与盛会，当中包括比亚迪、东风日产、一汽大众、福士、北汽、通用汽车、三菱汽车、上海汽车、四维尔丸井、郑州宇通、延峰汽车、纳威司达、海德世拉索、昭和汽车零部件、昼田汽车部件等等。即将迎来“30岁”黄金年龄的这一展会，必将呈现出生机勃勃的盛景，迎接更加辉煌的未来。