轻量化概念持续升温 车用塑料"暗藏"许多功能

在燃油经济性法规不断收紧、电池价格仍居高不下的背景之下,轻量化已然成为传统内燃机汽车以及新能源汽车的重要发展趋势之一。相关数据显示,汽车每减重10%,燃油就能节约6%-8%,因此一辆车每减重300磅,每加仑汽油就能多行驶1.6英里。而对于新能源汽车来说,减轻整车质量则能够更有效地提升电源利用效率,并提高驾乘体验。

在这一大趋势下我们不难发现,用轻质材料替代钢铁以及其它金属材料的车型在市面上越来越常见。举例来说,路虎发现2016年底推出的第五代车型采用全铝车身;马自达推出的新一代MX-5则应用了大量轻量化材料;麦格纳近期被曝出与福特合作研发了一款采用碳纤维复合材料制作的副车架原型;蔚来汽车新款电动SUV也将采用轻质材料制造的各类结构件和零件……

以上足见轻质材料的火热势头。而在诸多的轻质材料中,车用塑料似乎显得有些“低调”,几乎是在不知不觉间潜入到了各种汽车部件之中。据了解,1kg塑料可以替代2-3kg钢等更重的材料,轻量化效果明显。目前,无论是外装饰件、内装饰件,塑料用量都在不断地增加。并且随着工程塑料硬度、强度、拉伸性能的不断提高,塑料车窗、车门、骨架甚至更多的汽车关键性部件都在采用塑料。

 

然而不可否认的是,车用塑料也正面临着“尴尬”处境。汽车厂商原本希望借助轻质材料在提升燃油经济性的同时,也带来一定的成本效益。然而,高昂的材料价格与加工成本,却使汽车轻量化经济效益的实现并不容易。这也让车企在制定材料轻量化计划之时显得尤为慎重。那么,如何避免这样一种状况呢?归结起来无非与以下两点有关:

一是材料成本。业界基本上有这样一种共识:实现汽车轻量化并不难,但可以投入大规模应用的方案却极少,原因是什么?关键是成本。换句话说,尽管厂商可以借助一些手段将车辆的重量减轻30-45%,但却可能要面对非常高的设计与再加工成本。因此在保证整体成本水平的前提下实施轻量化十分有必要。

住友化学公司很好的解决了这一问题。举例来说,分布在混合动力车发动机舱内的油管以往通常是金属材质的,而通过该公司SUMIKASUPER LCP产品,也即液晶高分子材料可以实现其由金属到塑料的转化,此举带来的最直接的效果就是油管整体重量得到了大幅度的降低。

据住友化学株式会社机能树脂事业部事业部长吉田贺英介绍,塑料油管在日本的丰田及本田车上都已经得到应用,而根据实际成绩,塑料的采用使油管整体重量减轻了70%左右。不仅如此,不同于金属管排管对应的复杂工艺,塑料的加工工艺非常简单,这也一定程度降低了生产周期以及成本。“根据丰田的实际评估,采用LCP实现对金属材质的替换,每减轻1公斤,可以缩减1万日币的成本。也就是说如果这一部件30公斤,现在用LCP材料将重量降到15公斤,那么整体就可以节省15万日币的成本。接下来,我们将重点将这种产品推到国内市场,相信随着混合动力的发展,其将迎来很大的需求。”

 

住友化学株式会社机能树脂事业部事业部长吉田贺英

二是材料开发。先回到汽车轻量化概念本身,汽车轻量化其实是指在保证汽车车体的强度、刚度、模态以及碰撞性能的前提下,尽可能地降低汽车的整体重量,从而提高汽车的动力性和安全性,减少燃料消耗,降低排气污染。就轻质材料的应用而言,这意味着,汽车轻量化并非偷工减料,反而是材料本身的一种升级。

换句话说,要做到以塑代钢,这里所用到的塑料就必须在性能上足以与钢媲美,甚至超越后者,而并非“退而求其次”。不过,如此一来就难免给材料供应商们带来开发上的难点,尤其是随着新能源以及混合动力汽车的逐步发展,汽车材料面对越来越多严苛要求的大背景下,如何开发出符合更多需求的材料正考验着相关的供应商们,而这也是为什么至今仅有一些材料巨头们才能在此方面大有建树的主要原因之一。

同样以住友化学为例,该公司旗下的SUMIKAEXCEL PES以及以上所提到的SUMIKASUPER LCP,也即聚醚砜和液晶高分子主要应用于汽车中比较精密的部分,例如汽车雾灯灯罩、阀门活塞、电机配件、废气再循环部件、继电器、控制油泵等。与一般的汽车内外饰件相比,这些部件对于材料的要求相对较严格。

其中,控制油泵这一部件原先是金属铝制的,而现在欧洲部分厂家已经在采用聚醚砜替代金属铝。根据介绍,这一材料性能十分稳定,在—40℃至200℃的温度之间,该材料不会发生任何变化,完全可以取代金属。不仅如此,考虑到金属铝的加工成本,采用聚醚砜可以将油泵整体成本降低30%。据了解,住友化学于去年3月份推出了这一材料。

另一个例子是针对在汽车中用处极大的继电器,懂车的人都知道,继电器对材料的要求很高,包括耐高温等等。而以上所提到的两款材料则恰好可以满足这些要求。据了解,包括欧姆龙、松下在内的零部件供应商都在使用住友化学这两款材料为整车厂做继电器。

据吉田贺英介绍,汽车中的继电器目前主要采用两种材料:LCP和PBT,两者大约各占一半的市场份额。“继电器上有金属针脚,随着技术要求越来越高,金属针脚要经过一道高温焊锡制程(SMT),焊锡的温度是230℃,而这个温度下PBT材料马上就熔化了。所以说,在不需要过高温制程的场合可以用PBT,而过高温制程的场合要求则必须要高端的材料,例如LCP材料。”

他补充说道,住友化学在汽车继电器方面大概占有80%的市场份额,日本、欧美的中高端车基本都会用到公司旗下的材料,国内有些外资厂家也在用,并且比亚迪等本地车企在高端车方面未来也会对这一材料有一定的需求。

可以看出,尽管车用塑料在材料成本及开发方面还存在着一定的挑战,但在汽车轻量化不断升温的局势之下,塑料仍然在不断展现各种可能性,而这有赖于塑料本身的轻量化潜力,以及相关企业在材料开发环节的资金以及精力的投入。

另外值得关注的是,2016年10月,中国汽车工程学会发布《节能与新能源汽车技术路线图》。路线图指出,到2020年、2025年、2030年,整车质量需比2015年分别减重10%、20%、35%。对于车企来说,汽车轻量化越来越具有现实意义,而毫无疑问,车用塑料的前景也因此愈加明朗化。

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