從傳統燃油車出發,汽車的輕量化是降低油耗和碳排放最有效的措施之一,這是汽車誕生以來無法迴避的話題,也是“巨豐塑膠”在短時間內每隔一段時間就會拿出的話題。 近兩三年來,我國新能源汽車的滲透率越來越高,這類汽車的輕量化也越來越受到關注。 車身(包括車窗、車門、駕駛艙、乘客艙、發動機艙和行李廂等)作為汽車的關鍵系統,幾乎佔整車重量的1 3%,是汽車輕量化的重要組成部分。 今天,我們就從塑料行業的角度,來談談新能源汽車車身的輕量化問題。
與油車相比,電動汽車取消了發動機和一些附加系統,增加了“三電系統(電池、電機、電控)”,重量較重,對車輛的耗電量、續航里程、功率、可靠性、制動和耐久性產生不利影響,因此新能源汽車比燃油車更迫切地要輕量化。 研究表明,電動汽車質量每減少100kg,續航里程可增加15-20km,低速制動距離可縮短2-7m,高速時制動距離可縮短1-2m。 汽車輕量化技術已成為國內外新能源發展的重要方向之一,也是新能源汽車發展的基礎技術。
車身輕量化不是追求最輕量化的最佳目標,也不等同於“偷工減料”,而是碰撞安全性、平台擴充套件性、操控穩定性、強度和耐久性以及NVH(噪音、振動、粗糙度)之間的平衡。 實現汽車輕量化主要有三種途徑:
一、結構輕巧優化車身結構,使零件薄壁化、鏤空化、小型化或複合化。 鑑於薄壁化的趨勢,薄壁塑料汽車零部件生產對注塑機的要求是速度快、精度高,一般採用高速低壓注塑成型,對機器的整體穩定性要求很高。
二、材質輕量化:使用輕量化新材料是實現整車輕量化最直接的途徑。 還記得兩年前,國內一位汽咖曾說過——2024年之前,汽車的各種材料和用量將平分秋色,普通鋼、高強度鋼、高分子鋼、鋁合金、鎂合金將達到20%的應用,這是汽車材料行業的大革命。
高分子材料(包括塑料、橡膠)和熱塑性複合材料密度低,效能好,是減輕車輛重量的有效途徑。 汽車行業將材料輕量化作為可持續發展的重中之重,離不開原材料供應商、改性廠、注塑機廠等產業鏈上下游的共同探索和創新。
在尾門板元件、前端模組、車門模組、座椅結構件等車身結構件中,以復合系統輕量化材料(以塑料代替鋼)替代金屬已成為新能源汽車行業的重要趨勢。 奇瑞汽車與一級供應商蕪湖恆信的EQ1電動汽車尾門板內部結構(見下圖)的尺寸縮小了40%,這要歸功於SABIC的長玻璃纖維填充聚丙烯(LGFPP)樹脂材料Stamax,這是一種低密度材料,與鋼相比,可以達到所需的剛度,同時減輕內尾板的重量。
除了“以塑代鋼”外,用改性PP等材料替代工程塑料的情況屢見不鮮,正在顛覆汽車工程塑料這一傳統領域。 聚丙烯PP在汽車塑料中密度低,是汽車塑料中最輕的品種之一,佔比最大。 改性塑料具有密度低、效能高的雙重優點,與工程塑料相比,易加工、易改進、價效比高,以及優異的耐化學腐蝕性和良好的機械效能,可以幫助製造商在降低成本和節能的同時保證成品的質量、乘坐安全。 金髮科技有限公司研發的低線性熱膨脹係數改性PP產品,線膨脹係數與金屬相當,尺寸穩定性優異,噴塗性和粘接效能好,能滿足車輛輕量化的要求。
3.製造輕量化:應用先進的製造工藝,主要包括成型技術和連線技術。 目前,在塑料零件的設計開發中,有多種輕量化製造工藝可供選擇,這些工藝一般具有成本低、效率高、產品質量優良等特點,典型的是微發泡工藝,微發泡分為物理發泡和化學發泡,在汽車工業中廣泛應用的是物理發泡, 即超臨界氮(N2),通過螺桿的剪下,均勻地混合到熔融樹脂中,然後注入模腔內產生氣泡。
Cellmould技術(見下圖)是Witamann自主研發的微發泡技術,具有標準發泡、變模溫發泡、三明治注射發泡等多種選擇,可生產出非常輕、高剛度、無收縮的發泡件,設計用於生產具有細膩均勻氣泡孔和輕量化特性的厚壁和薄壁結構發泡件。
伯樂塑機研發的CIML系列碳纖維製品智慧型成型生產線中的OIHM**注塑熱壓技術集裝置、工藝、材料配方於一體,“將”混合造粒“和”注射成型“工藝合二為一,使長纖維增強複合材料的直接注射成型(**混合注射成型)相比,比傳統工藝節省了10道工序, 抗拉、抗彎、抗缺口衝擊提高20%以上。配件重量減輕65%以上,有效延長汽車續航里程,可以說是造就了汽車輕量化技術的有力工具。
綜上所述,綜合運用整車結構優化設計、輕量化材料和先進製造技術是有效實現整車輕量化的重要途徑在正確的位置以正確的方式使用正確的材料。
輕量化技術對汽車工業的可持續發展具有重要意義,它不僅關係到汽車的節能減排、低碳、環保、安全、成本等諸多方面,而且對世界的能源、自然資源和環境也有著深遠的影響。 輕量化是新能源汽車追求的目標,塑料行業在這方面可以展現出自己的能力和力量