为汽车新时代打造的材料解决方案


作者:博禄 日期:2017/11/19 来源:AI《汽车塑化》

中国和全球汽车产业已经进入了一个新纪元!在这个新纪元中,我们首先迎来了新能源汽车时代。尤其是在中国,多方因素的作用共同推动了新能源汽车的发展。十三五计划中明确提出到2020年新能源汽车的累计产量要达到500万辆;《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》的正式颁布更为实现这一目标对每个车企给出了量化的要求;另外,国家和地方的双重补贴、越来越多大城市对燃油车增量的限制也从各方面推动了新能源汽车的爆炸式发展。

2016年,中国的新能源车产量已经突破50万辆,其中的纯电动乘用车超过26万辆,约占全球30%,成为了全球新能源汽车第一大国。而比亚迪以10万辆的成绩超过特斯拉成为全球纯电及插电新能源汽车最大生产企业。国内其他车企如北汽、吉利和众泰也不遑多让,各有出色表现。2016年,在全球纯电动及插电新能源汽车产量前20名中,中国车企已经占据半壁江山。而2017年新能源车增势不减,1~9月中国新能源汽车的产量同比增长超过40%,纯电动汽车同比增长超过50%。照此趋势,到2025年新能源车销量在汽车总销量中的占比达到20%是非常有希望的。

而能与“汽车新能源化”的受关注程度相媲美的是“驾驶自动化”这一热点。目前,业界的自动驾驶技术基本还在NHSTA/SAE定义的L2阶段,要达到L4/L5阶段还有很长的路要走。但汽车一旦步入L4/L5自动驾驶阶段,对汽车各方面的影响将是颠覆性的。

作为全球领先的聚烯烃提供商之一,博禄和北欧化工(Borougeand Borealis)一直致力于汽车改性聚丙烯材料的研发和供应,对于汽车产业已经到来的新能源化和驾驶自动化有着独特的见解,并可提供对应的材料解决方案。

博禄认为从短期到中期来看,汽车新能源化将是对现有产业链影响最大的因素之一。其中,对车用塑料行业最大的影响将是进一步加强和迫切的轻量化要求。同时,博禄发现,新能源汽车正悄然向Design-to-cost(DTC)转变,轻金属的使用已经开始接近传统内燃机汽车的5%,因此性价比极高的改性聚丙烯材料的应用将会是越来越多新能源汽车的选择。在本文中,博禄将从外饰、内饰和动力系统出发,讨论轻量化的趋势和该公司的解决方案.

外饰

博禄认为,外饰系统是轻量化潜力最大的一个系统,因为还有大量的外饰零部件仍然在使用钢板,如发动机盖、翼子板、车门外板和尾门等。而北欧化工的改性聚丙烯在smart for two全塑车身上的成功应用已经为业界树立了改性聚丙烯在车身面板应用的里程碑。

smart for two全车PP塑料车身

在最新一代smart for two上,使用了北欧化工规格为Daplen™ EF150HP的新一代低密度、高流动、高刚性且预着色的改性聚丙烯材料,成功应用在发动机盖、前后翼子板、外门板、尾门以及前后保险杠等全部车身外覆盖件。相比普通钢板设计,减重超过15kg以上。而预着色材料的使用,使车身避免了普通油漆零件漆面破坏后露出塑件底色的问题,轻微碰撞刮擦后无需维修,显著降低了用户用于维修的费用和时间。而各车身零件的快换设计,让灵活多变的个性化车身颜色DIY成为可能,以满足新时代汽车逐步向时尚消费品转变的趋势。改性聚丙烯塑料车身覆盖件的这些优势对于蓬勃发展的新能源汽车尤其是小型共享电动车减轻车重延长行驶里程、减少维修保养费用以及增加个性化选择有着其他解决方案无法比拟的优势。

各车身零件的快换设计让灵活多变的个性化车身颜色DIY成为可能

博禄认为,在当前国家正式颁布燃料消耗和新能源双积分制的形势下,车身覆盖件的塑料化给车企带来了不增加成本而大幅降低零件重量的选择。而车企亦可由某个车身覆盖件出发,尝试全塑设计,为今后整车覆盖件塑料化获取经验,打下基础。

值得一提的是,博禄/北欧化工新近推出的Fibremod™ Carbon系列碳纤增强聚丙烯注塑材料凭借超高的刚性赋予了车身覆盖件更大的想象空间。例如,在欧洲技术展中展出的碳纤增强聚丙烯注塑翼子板零件可以在油漆后获得完美的表面质量,而碳纤材料的高刚性则显著提升了零件的整体刚度。

喷漆碳纤注塑翼子板

内饰

从长远来看,在实现L4/L5水平的自动驾驶后,由于已不需要人工介入,因此汽车内部布置和功能要求将出现颠覆性的变化,内饰会有较大可能趋向于家装。但从中短期看,满足现有安全要求前提下的轻量化仍旧是主要的趋势。

博禄提供的内饰轻量化方案主要从低密度、高刚度和轻量化等几个方面来满足市场需求。

其中,低密度材料以Daplen™ EF011AIC为代表,这款材料以5%的填充量达到了原先16%填充材料的物理性能,密度从原先的1.01g/cm3降至0.93g/cm3,减重比例达7%。以此材料制造门内饰板为例,每车相比原来的材料可减重400g以上。

对于电动汽车来说,理论上是可以不用换挡杆的,如即将上市的一款国产高档电动汽车,原来的排挡部位被做成了一个很大的储物空间。常规材料很难满足新设计在很大跨度下的零件刚度,而博禄的碳纤增强改性聚丙烯材料Fibremod™ CB201SY以超高刚性满足了零件的要求,并且以0.99g/cm3的超低密度满足了电动汽车的轻量化要求。

碳纤注塑副仪表板骨架

在轻量化工艺方面,注塑发泡是目前行之有效的减重方法之一,博禄/北欧化工有很成熟的发泡注塑经验,可以提供包括物理发泡和化学发泡、矿粉增强和玻纤增强材料的发泡、闭模发泡和开模发泡等全方位解决方案。如宝马仪表板骨架的长玻纤开模化学发泡应用、大众仪表板骨架的短玻纤开模物理发泡应用以及更多的闭模物理发泡应用都得益于博禄材料的高熔体强度特性,从而实现了制件上更均匀、更细密的泡孔,使得零件物理性能的均匀性得到了保证,从而减小了零件设计的冗余安全系数,让零件更轻巧。

动力系统

对于新能源汽车来说,动力系统应该是变化最大的一个系统。从中短期来看,内燃机的消失将极大简化动力及传动系统,有机构曾做过统计,纯电动汽车零件数量比传统内燃机汽车减少了2/3,其中绝大部分减少的零件是动力系统的,与之相应的,塑料的整体使用量在此系统也会减少。但随着越来越多的电动汽车从一开始就按照纯电动车设计,而不是基于内燃机设计概念的改进,塑料的应用又会逐渐增加。而当自动驾驶达到L4/L5阶段,由汽车本体承担的物理安全要求会逐渐降低,动力传动系统甚至底盘零件的塑料化可能性会大大提升,而改性聚丙烯材料将凭借其极高的性价逐步成为主要的应用塑料类型。

在目前阶段,对于混动类新能源汽车,博禄/北欧化工发动机舱解决方案是非常合适的轻量化方案。最具代表性的案例就是聚丙烯进气歧管。无论哪种类型的混动车,内燃机的排量都不需要很大,而博禄/北欧化工应用多年的Fibremod™ GB306SAFC短玻纤增强材料在小排量发动机上的应用是非常成熟的。它的低成本、轻量化和低噪声相信会吸引更多的主机厂用户。

采用Fibremod™ GB306SAFC短玻纤增强材料制成的进气歧管

当然,博禄/北欧化工还有更多轻量化方案适用于新一代汽车,并非常愿意与产业链各级客户分享在轻量化方面的经验,希望能以在聚烯烃材料生产研发方面50年的经验积累助力中国汽车产业在汽车新时代弯道超车。