Применение легких материалов в автомобилях

1. Фон и тенденции

Легкий спрос: Каждые 10%снижение веса транспортного средства может снизить расход топлива на 6–8%. При плотности 0,9–1,5 г/см сегодня пластмассы являются идеальными альтернативами металлам, таким как сталь (7,6 г/см сегодня).

Защита окружающей среды и экономия энергии: Пластмассы можно перерабатывать, а некоторые биосмысленные пластмассы используются во внутренних частях, что сокращает выбросы углерода. Например, замена стекла поликарбонатом (ПК) снижает вес на 50% и снижает выбросы CO₂.

Преимущества стоимости и процесса: Пластмассы просты в формировании и обработке, упрощая этапы производства. Принятие Daimler-Chrysler в пластиковых бамперах снизило затраты на 12% и вес на 9%.

2. Основные области применения

Внутренние детали (56% от общего использования автомобильного пластика):

• Приборные панели: Мягкий тип (ПВХ/АБС кожа + пена PU) и твердый тип (PP, инъекция ABS).

• Места: Мягкая пена PU в виде амортизирующего материала; Натуральные волокна (такие как кокосовая оболочка) усиливают воздухопроницаемость.

• Дверные панели: Abs Skeleton + PU Foam Skin или TPO материал для переработки.

• Хедлайнеры: ПП пена подложка + нетканая ткань/кожа из ПВХ, предлагая звук и теплоизоляцию.

Внешние части:

• Бамперы: Сплавы ПК/ПБТ (высокое воздействие), модифицированный PP (низкая стоимость). Сантана использовала сополимеризованный PP с эластомером.

• Радиаторные решетки: ABS/ПК сплав или ASA (устойчивый к погоде, без окраски), снижение затрат на 50%.

• Крылья: Угашенные PP, FRP или PU Elastomers с отличной погодой.

Функциональные части:

• Топливные баки: HMWHDPE Многослойные композиты, химически устойчивые и защищенные от удара.

• Впускные коллекторы: Усиленный стеклянного волокна нейлон (Пенсильвания), уменьшая вес на 1 кг и повышение эффективности на 15%.

• Системы освещения: Окна и лампы ПК/ПММА, 40–50% легче, чем стекло.

Трансмиссия:

• Крышки двигателя/головки цилиндров: Модифицированный PA, на 50% легче и на 30% дешевле.

• Пластические двигатели (экспериментальная стадия): На 50% легче металлических двигателей, с более низким шумом на 30%.

3. Ключевые технологии материала

• Общие пластмассы с высокой производительностью: PP (50% автомобильных пластиков), ABS улучшился за счет усиления волокна (например, стеклянного волокна) и модификации воздействия (например, ужесточение POE).

• Композиты: FRP (фондовые пластмассы) для панелей тела и дефлекторов с высокой жесткостью. SMC (листовое формовочное соединение) для бамперов и конструкций тела с высокой прочностью и низким весом.

• Специальные инженерные пластмассы: ПК/сплав PBT для бамперов с теплостойкостью и силой удара; TPO для приборных панелей скинов с переработкой.

4. Внутреннее и международное сравнение

• Разрыв использования: В развитых странах использование пластиков в транспортных средствах достигает 150 кг на автомобиль (13% веса), а в Китае - 110 кг на автомобиль (10%). Для пассажирских автомобилей развитые страны превышают 100 кг на автомобиль, в то время как Китай в среднем составляет 70 кг.

• Технологический разрыв: Германия и Япония широко применяют ПВХ, Пу, ПП, АБС и ФРП; Китай в основном полагается на ПП и ПВХ, с ограниченным использованием передовых материалов, таких как углеродное волокно.

5. Будущие направления развития

• Высокопроизводительные материалы: Нанокомпозиты, пластика, а также волокно-армированные термопластики.

• Устойчивость: Биоразлагаемые и биосрочные пластмассы, особенно для внутренних приложений.

• Интегрированный дизайн: Однокомпонентное формование больших деталей (например, бамперы и панели мониторинга), чтобы уменьшить ступени.

6. Проблемы и возможности

• Технология переработки: Многообразные композиты (например, приборные панели) трудно перерабатывать, что требует конструкций для легкого разделения.

• Контроль затрат: Покраска PP и материалы без окраски могут снизить затраты на пост обработки.

Заключение

Модифицированные инженерные пластмассы, с преимуществами в области легкого веса, функциональной интеграции и защиты окружающей среды, стали основными материалами в автомобильной промышленности. Благодаря достижениям в композитах и полимерных сплавах, приложения будут расширяться дальше в системы трансмиссии и структуры тела, ускоряя переход отрасли к эффективности и устойчивости. Китайские предприятия должны улучшить исследования и разработки в высокопроизводительных материалах, чтобы сузить разрыв с мировыми лидерами.