创新技术助推汽车塑化进程

寂静天花板 · 发表于 2015-8-8 18:59:44

在汽车制造业中，节能环保一直是研发人员解决的主要问题之一。当下，用“绿色制造”重构产业发展模式，用低碳理念重塑生活模式为一种趋势，尤其被国内外汽车制造商所推崇。塑料及其复合材料是最重要的汽车轻质材料，这些材料不仅在推进轻量化进程中担当重要角色，同时还可以提供较高的设计自由度，帮助OEM 实现产品的差异化。那么整车及部件生产企业面对多样化的轻量化材料，该如何确保安全的基础上选择及应用呢?
作为塑料行业走势和发展的风向标，CHINAPLAS 2015 国际橡塑展汇集了全球业内材料和加工技术方面的顶尖解决方案。来自39 个国家的3,275 名参展商在为期四天的展会上为到场的近13万观众呈现了一场橡塑行业的饕餮盛宴，展出产品涵盖创新材料、塑料加工设备及自动化解决方案等，帮助汽车制造商解决他们面临的能源、成本、效率等诸多挑战。

减重是汽车实现节能减排的最直接、最有效措施之一。在此次橡塑展上，用于实现车辆减重的创新材料和应用鳞比节次，比如巴斯夫联合上海汽车集团股份有限公司及上海延锋江森座椅有限公司展示的下一代轻量级概念车座椅。该座椅由三方联合突破全塑料汽车座椅靠背骨架及坐盆技术，为上汽最新推出车型的前排座椅而设计开发，并搭载上汽IGS 概念车于2015 年上海车展首次亮相。
在这款轻量化座椅中，基于连续纤维增强塑料的巴斯夫Ultracom™热塑性复合材料体系被用于代替金属，其重量与传统座椅相比减轻达20%，轻薄设计更为第二排乘客增加2.5 厘米的膝部空间。在提高驾乘舒适性、减轻重量（从而降低油耗）的同时，巴斯夫Ultracom ™还提供了优异的强度、刚度和韧度，满足了严格的法规要求。
据了解，包胶成型材料Ultramid®是Ultracom ™体系的重要组成部分，这种聚酰胺具有优异的抗刮伤性和出色的表面质量，使座椅结构得以暴露在外，成为一个独特的设计元素。注塑成型工艺使靠背骨架获得了极大的设计自由度，让椅背的形状更加舒适，并为个性化的座椅和内饰空间打造提供了更多可能。此外，靠背使用的Ultramid®材料的挥发性有机物排放极低。

此外，塑料因具备质轻、防锈、吸振、设计自由度大等优点，其应用范围正在由内饰件向外饰件、车身和结构件扩展。比如此次展会上盛禧奥展出的全新 ENLITETM 材料就是一款专门为汽车结构件应用而开发的玻璃纤维增强树脂。
在对韧性、尺寸稳定性和耐热性能有较高要求的应用领域中，ENLITETM 结构件聚合物系列可以用来取代钢和铝材部件，尤其适用于半结构件的应用。据盛禧奥公司称，在保持极佳高抗冲击性能、耐久性和优秀的尺寸稳定性的同时，ENLITETM PP-LGF 提供了价格合理的减重解决方案。
此外，据了解，盛禧奥正利用ENLITETM 技术开发其他玻璃纤维增强树脂配方，如ABS-LGF 和其他改性合金等。这些玻璃纤维解决方案能够在高温（85℃）下提供更佳的尺寸稳定性和韧性，能替代过度设计的聚酰胺（PA）应用。
全球最大的PA66 树脂生产商之一奥升德公司此次在展会上推出了全新的增强级产品，具有更卓越的热老化和耐化学性，同时在减重方面更出色。该公司汽车业务全球业务总监 Philip Jeszke 表示：“汽车减重有两个方法，一是直接把金属换成塑料的。随着计算机的发展，我们可以通过实验和计算机模拟分析，得出材料是否适合替代金属零件。二是用更轻更好的塑料零件替代原来的塑料零件。开发性能更好的材料来减少零件的重量或壁厚。”

该公司此次推出的全新PA66 牌号性能比传统材料更好，通过模拟分析结构，可以把壁厚降低，减少3% 的重量，但稳定性更高。除了直接通过以塑代钢的方式达到轻量化的目的，汽车零部件制造商还会通过创新制造技术来进一步减轻塑料零部件的重量。比如，微发泡技术通过对于气体的控制来制作发泡零件，通过此技术可减少材料消耗、缩短成型周期、降低产品密度，在减轻重量之同时，机械强度却不会受到影响。

汽车发动机机舱是一个非常严苛的环境，首当其冲的就是其异常狭小的空间布局。近年来，越来越多的汽车厂家开始使用涡轮增压器，因此发动机舱内的温度变得越来越高，甚至可以高达260℃。持续上涨的温度给材料带来了前所未有的考验，汽车制造商也在寻求耐高温的材料解决方案。在此次展会上，帝斯曼展出的基于Diablo 技术的耐高温聚酰胺材料就是一款针对发动机机舱高温应用的创新材料。
据了解，汽车零部件制造商法国哈金森公司选用了这款耐高温聚酰胺材料生产汽车消音器，并安装于通用汽车欧洲和北美D2XX 车型的涡轮增压器出口侧。涡轮增压器出口端的管路时常处于超高温的环境下，即使在这种严酷的环境中，Stanyl Diablo PA46 材料依然表现出卓越的机械性能和耐爆破性能，能满足汽车生产商对消音器应用的严格要求。

2014 年，帝斯曼推出了新一代Diablo 耐高温聚酰胺产品。其中，Stanyl Diablo HDT2700能承受高达230℃的连续使用温度，而Akulon Diablo HDT2500 能耐受220℃的连续使用温度。以热变形温度（HDT）衡量，两者的短期耐高温的峰值都有所提高。Stanyl Diablo 的HDT 上升至267℃，而Akulon Diablo 的HDT 也增加至245℃。长期耐热老化性和更高的HDT 都证明了这些材料相比目前市场上的同类材料具有更强大的竞争优势。
这些材料的一个共有关键特征是其对EGR（废气再循环）系统中的化学品和气体的耐受性更强。它们具有出色的加工性能，更易于焊接，最终生产出的零部件表面光洁，并具有能耐受高爆破压力的熔接线强度。
屹立（苏州）工程塑料科技有限公司在此次展会上推出的Polynil P240 LHSV 也是一款优异的耐高温聚酰胺材料。据该公司介绍，这款材料比普通的PA 66 材料具备更多的性能优势，是一款专为工程领域设计的材料。它有着优异的耐高低温性，卓越的耐磨擦、磨耗性和低的耐蠕变性。一个典型的应用就是发动机的链条张紧器。同时，它也被广泛地应用到有耐磨、耐热要求的工程部件中，用来替换金属部件。
◆低VOC
高度重视降低碳足迹早已成为汽车制造业的共识，日前《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》已经制定完成的消息，促使产业“绿色”发展基调得到进一步的强化。该要求提出，汽车生产企业作为污染控制的责任主体，应积极开展生态设计，采用合理的结构和功能设计，选择无毒无害或低毒低害的绿色环保材料和易于拆解、利用的部件，应用资源利用率高、环境污染小、易于回收利用的绿色制造技术。无疑，《要求》出台后，汽车生产企业将对零部件企业和汽车材料供应商在环保材料使用、绿色制造技术方面提出更高的要求。
采用绿色环保、低VOC 排放的材料也同样有利于提升车内空气质量，这直接关系到车内人员的健康。知名化工企业博禄一直致力于打造健康的车内环境，通过创新材料降低汽车塑料零部件的VOC 含量和气味。在此次展会上，博禄展出的Daplen ™系列解决方案（EF261AIC、EF267AIC 和EG265HPC）已经针对车内部件进行了设计和测试，可以满足最高的行业标准，并符合中国对乘用车空气质量要求的国家标准。
此外，以“车内北欧般洁净的空气”著称的沃尔沃对汽车内饰的生产材料提出了近乎苛刻的要求。其国产车型VOLVO S60L 以及XC60 采用上海锦湖日丽的塑可净®作为内饰塑料，该产品已被第三方权威机构评为化学物质散发最低的汽车内饰塑料，TVOC 含量小于10μgC/g，比传统内饰塑料散发降低60% 以上。塑可净也在本届橡塑展上亮相。
提升车内空气质量，除了通过采用低散发环保内饰材料这种途径外，还可以选择高光泽和消光配方的免喷涂塑料，如免喷涂的ABS、PC/ABC、PA/ABS、PA/ASA 跟PC/ASA 等材料，从而有效降低二甲苯等苯系物的污染。除此以外，还可采用膜内注塑工艺，取代油漆喷涂，或者采用整体性结构件替代多个小型部件，以减少胶粘剂用量，从而降低车内甲醛和乙醛污染。比如，宝理塑料公司在此次橡塑展展出的树脂异材接合技术AKI-LockTM 可以适用于任何材料，帮助降低胶粘剂的使用。
据介绍，AKI-LockTM 是对一次成型产品的接合部进行激光处理后，再次进行二次成型的双重成型技术。如果使用此技术，以前无法接合的树脂的接合，或者一种树脂与另外一种树脂之间的接合都可以实现。该技术使用玻璃纤维强化材料作为一次成型材料，通过激光处理使玻璃纤维露出来。因为二次成型材料与玻璃纤维之间有锚固效应，两者会很牢固地接合起来，并实现很高的密封性。除了减少胶粘剂的使用外，利用AKI-LockTM 技术还可以帮助减少零件数量，也可以降低成本，还可以提高质量。

在汽车行业中，巨大的成本压力让制造商不断提高生产效率和能源效率。在此次橡塑展上，WINTEC 现场采用t-win 生产汽车内门板的展示来体现了如何通过创新技术满足汽车制造商的这些需求。在锁模力为8500kN 的t-win 8500-7000 上，汽车的左右车门板都是由美孚的聚丙烯原料（PP7555KNE2）注塑成型—— 同时在一个双型腔模具中。注塑量为733 克。周期时间为28 秒。

随着中国劳力成本的不断上升，汽车制造商必须在工资成本不断上升的情况下不断提高生产效率。在这个过程中，灵活的设计方案变得越发重要。与此同时，针对汽车工业对注塑机锁模力要求的不断提高，克劳斯玛菲通过此次橡塑展为其MX 系列注塑机增添了两款锁模力规格，分别为MX 2700 和MX 3200。
克劳斯玛菲集团中国公司首席执行官Christian Blatt 在谈到这两款机器时表示： “MX 系列对于各种应用的匹配能力特别适应该要求，并且为越来越多的客户使用。”
MX 系列的特色是克劳斯玛菲研发的液压机械式双板合模单元。它代表了牢固的结构、快速生产和少保养运行。力流优化的滑座与导向拉杆配合，确保精确平行的合模运动和持久的模具保护。MX 系列的其他优势包括出色的熔体品质以及恒定注射重量。总之，即便是在严苛的连续运行情况下，MX 系列也可在实现产量高的同时确保质量稳定。

“中国制造2025”正在加快推进实施，智能制造时代即将到来。对于塑料加工业，中国塑料加工工业协会理事长钱桂敬指出，数字化、网络化、智能化，是未来五年的重要任务，要以此来引领创新发展。因势而动，与自动化密不可分的智能化技术在本届橡塑展同样获得前所未有的重视。

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