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车用塑料的技术发展趋势剖析

发布者:阿强来源:

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为了满足汽车智能化、舒适化、环保化、低碳化和降低成本的需求,汽车塑料作为汽车材料的一员,将在功能化、轻量化、绿色环保和低成本与高质量的平衡方面发挥越来越重要的作用和发展方向。

功能化

根据Sina.com对消费者购车情况的调查分析,汽车的外观、颜色和内部设计已经成为消费者购车的重要因素之一,仅次于价格和安全。由于汽车的价格和安全性变化不大,汽车的舒适性和美观性是消费者最关心的内容之一。然而,汽车的舒适和美观离不开日益提高的材料功能。从消费者对内外部装饰的要求来看,汽车塑料的功能化趋势体现在低气味、色彩多样等诸多方面。

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室内材料的低气味是最近的一个热点。新车是否有气味已经成为消费者买车的一个重要因素。目前,我国还没有针对汽车内饰空气体污染的具体检测标准,但国内许多汽车公司已经开始对汽车内饰材料和安装工艺的环保性进行专项研究。鉴于国际知名汽车主机厂对汽车内饰件所用材料的气味和挥发性气体的严格检测标准,这些标准随着消费者需求的提高而变得越来越严格;此外,中国汽车工业的相关标准与发达国家的标准越来越一致,汽车内饰材料的低气味必将是近5 ~ 10年的一个显著趋势。

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室内材料的颜色开始呈现多样化的趋势。传统的内饰颜色主要是哑光黑色和米色,这主要是由于从驾驶安全的角度来看,光泽较低,颜色较冷,所以驾驶员的眼睛不易疲劳。然而,在保证安全的前提下,室内装饰的色彩越来越人性化,以满足不同消费者的需求。例如,高光泽的颜色效果,如钢琴黑和月光银被采用在运动模型上。这些高光颜色主要用于不影响驾驶员视线的地方,如仪表板腰线以下部分、辅助仪表板和门板。它的主要设计理念是提升内部,给消费者带来新鲜感。内部颜色鲜艳,如橙红色、嫩黄色等。,不仅能在购买时吸引车主的注意力,还能在正常的驾驶环境中调节司机的情绪,使他感到愉快和兴奋。目前,这些亮色已经广泛应用于座椅,也开始用于仪表板和辅助仪表板的装饰条。室内材料颜色的多样性要求基础树脂具有良好的后处理性、可染性和耐候性。

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抗静电材料也是汽车内饰材料的发展趋势之一。塑料具有高电阻率和低介电常数,容易摩擦带电,电荷不易被带走,因此在干燥环境中容易产生静电集尘、火花放电等不良现象。为了解决这一问题并提高乘坐舒适性,德国大众汽车公司于2009年开始要求一些汽车内饰具有永久性抗静电功能。这些内部零件包括经常用手触摸的零件,如车内后视镜框架、天花板上的眼镜盒等。所用材料为抗静电塑料,如pc/asa和pa/asa合金。

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由于其低密度和低成本,聚丙烯已被广泛用于汽车内饰多年。但是,聚丙烯也存在一些问题,例如,聚丙烯表面填充矿物质容易划伤,出现白色,影响消费者的使用。近年来,这一现象得到了很大的改善,但一些抗划伤聚丙烯材料容易粘表面。因此,聚丙烯填料的未来发展趋势是它不仅具有良好的抗划伤性,而且没有不良手感。此外,由于客户的触摸需求,软仪表板将越来越多地用于汽车内饰。这意味着发泡材料和tpo材料将有更多的应用。

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镀铬塑料材料(主要是pc/abs和abs材料)广泛应用于汽车内外装饰,如汽车标志、冷却格栅、后视镜、齿轮饰件和轮毂罩等。与金属相比,塑料电镀产品不仅能很好地实现金属质感,而且能减轻产品重量,有效改善塑料的外观和装饰性,大大提高设计自由度,提高其电气、热学和耐腐蚀性能。镀铬产品因其高质量的形象而被高档汽车广泛使用。例如,上海通用汽车在2009年推出的新款君越车型甚至在尾灯上添加了电镀眉毛,以展示新一代高档汽车的时尚感。最近,这种应用已经从B级车扩展到了A级车。例如,上海通用引进的英朗,也开始大规模使用镀铬材料。这意味着电镀级塑料材料将更多地用于汽车外部零件。

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随着消费者越来越愿意与自然和天空有更开放的接触,消费者对天窗,尤其是全景天窗有更强的需求。同时,这种趋势也使得大规模使用塑料材料代替玻璃成为可能,因为使用透明塑料材料(如pc材料)可以带来更大的设计自由度,这使得天窗具有更大的开口尺寸和更大的有效开口。我相信在不久的将来,全塑料全景天窗将广泛应用于生产车辆。

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随着80后和90后成为购买汽车的主要人群,运动模型和跑车成为

年轻人的一个新选择,运动模型和跑车的一个突出特点是使用塑料扰流板(尾翼)。扰流板的主要功能是降低车辆后部的升力。如果车辆后部的升力大于车辆前部的升力,将很容易导致过度转向、后轮抓地力降低和高速稳定性差。由于大多数塑料扰流板是由吹塑abs在成型和喷涂后,吹塑abs材料将更多地用于汽车扰流板。

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轻量

汽车材料技术发展的另一个主要方向是减轻汽车重量,这是减少汽车排放和提高燃油效率的最有效措施之一。汽车重量每减少10%,油耗可降低6%~8%。据估计,在未来10年里,汽车的重量将继续减少20%。除了使用高强度钢和铝镁合金,汽车轻量化最重要的手段是开发和应用新型轻质塑料材料。目前,以塑代钢已经从汽车结构件延伸到整车的内外件。

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在内饰材料方面,一个显著的趋势是lft材料的应用。Lft在英语中是长纤维热塑性塑料的简称,在中文中被翻译成长纤维增强热塑性塑料,过去被称为长纤维增强热塑性复合材料,是纤维增强聚合物领域的一种新型轻质材料。据最新统计,汽车工业的低油耗消耗约占世界低油耗工业总消耗的80%。其中,欧洲和美国的低森林覆盖率消费约占95%(欧洲为80%,美国为15%)。目前,lft材料作为pp长玻璃纤维增强材料广泛应用于汽车内饰,主要用于软仪表板框架。长玻璃纤维材料不仅具有良好的刚性和强度,而且比过去的短玻璃纤维填充材料具有更高的冲击强度。这种玻璃纤维增强材料在过去已被广泛用于汽车车门模块中,以取代钢材。因为长玻璃纤维增强材料不仅可以减轻整个零件的重量,还可以大大提高其设计自由度,方便工程师设计。薄壁内部零件也将减轻汽车的重量。目前,内部零件的平均壁厚已经从过去的3毫米减少到现在的2.2毫米左右,并且有变薄的趋势。由于薄壁材料需要更高的模量和流动性,长玻璃纤维增强材料将更多地用于更薄和更轻的内部零件。顺便说一下,长玻璃纤维增强材料也可以通过结合高低温加热和冷成型技术更好地用于零件的A级表面。例如,pbt/asa+15%gf材料被用来代替传统的pc/abs材料,并且哑光效果可以通过材料和模具直接实现,而无需二次喷涂。

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在外墙装饰材料中,用塑料代替钢材的情况较多。近年来,保险杠前端模块开始使用聚丙烯长玻璃纤维增强材料;保险杠保险杠梁由pc/pbt材料制成,而不是过去的钢材。一些suv车型的行李箱支架越来越多地由工程塑料制成;可以电泳涂上BIW的聚酰胺/ppe材料已经应用于挡泥板。例如,许多东风标致雪铁龙车型都采用了这种塑料挡泥板。值得注意的是,在汽车行业使用塑料挡泥板的趋势越来越明显。

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在汽车发动机的外围零件中,用塑料代替钢材的趋势更加明显,包括进气歧管、汽车发动机罩、油箱等许多零件。这些零件常用的材料主要是尼龙玻璃纤维填充材料。

绿色制造日益成为汽车制造业的主要发展方向。特别是,自从欧洲议会和欧盟理事会通过了与报废汽车相关的指令(废弃车辆指令2000/53/ec和车辆回收表格批准指令2005/64/ec),对汽车的设计、材料选择和制造提出了更高的要求。根据elv的回收指令,从2006年1月1日起,每辆报废汽车平均重量的至少85%可以重复使用,材料回收率至少为80%。从2015年1月1日起,这两个指标将分别提高到95%和85%。这意味着汽车零部件和材料的设计应遵循易于回收的原则。因此,汽车用非金属材料的总体发展趋势是共享,即材料的集中化。当然,材料的选择应该尽可能多地回收热塑性材料,也就是说,热固性材料应该尽可能少地使用。因此,从回收利用的角度来看,热塑性材料将更广泛地应用于汽车内外部装饰,因此集中和共享材料是合理的。近年来,改性聚丙烯材料在室内材料中的共享趋势明显。当然,聚丙烯材料大规模使用的驱动力不仅仅受elv相关指令的影响,更重要的是,通过聚丙烯材料的共享,一方面降低了汽车制造商非金属材料的使用成本和管理成本;另一方面,聚丙烯较低的密度和较高的流动性更有利于降低零件重量和提高可制造性。

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高质量和低成本之间的平衡

高质量与低成本的平衡不仅是汽车主机厂的设计要求,也是汽车材料的发展方向。如何实现高质量与低成本的平衡是国内外汽车主机厂最关心的问题之一。通常,国内合资品牌汽车工厂有一个流程,即通过改进技术来降低成本。常见的手段是实现原材料的本地化。正是由于大型国内优秀材料供应商的加入,才有可能降低汽车的总成本。然而,对于汽车发动机制造商来说,仅仅考虑单方面降低原材料成本是远远不够的,因为原材料的成本降低是有限的,降低幅度一般在10%到20%之间。然而,如果使用的材料可以创新或系统成本可以降低,零件的成本节约可以达到50%甚至更高。

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目前,汽车内外部装饰制造的免喷涂方案是降低系统成本的好方法。过去,汽车内饰材料通常采用喷涂塑料基材的方式来实现美观的内饰功能。表面装饰漆不仅能保护树脂基材,还能达到高光、哑光等表面效果,同时还能达到耐候、耐刮擦等功能。但是,喷涂工艺也带来了一些问题:第一,工艺复杂,毛坯注塑成型后,需要增加运输、预处理、喷漆等基本环节,有些喷涂工艺还需要底漆、面漆、紫外光固化漆等多道生产工序;其次,由于每道工序生产的不良品都喷涂了热固性涂料,不容易剥落,导致最终回收困难,污染环境;第三,在室内部分使用不可回收的热固性涂料也给满足elv法的要求带来了挑战;最后,通过使用油漆,整个零件的成本通常会翻倍甚至翻倍。

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现在,随着材料和模具技术的发展,采用免喷涂材料直接成型零件来满足主机厂的要求,已经成为室内应用的新趋势。不用担心免喷涂产品表面的橘皮现象,即使有损伤,也不会有露底现象(基材和面漆之间有明显的色差)。目前,许多材料制造商已经推出了汽车用无漆哑光系列树脂,包括低光泽pc/abs、低光泽pa/asa和pa/abs、低光泽耐热abs和pbt/asa玻璃纤维填料。这些材料已应用于汽车内部零件,如转向柱罩、手套箱、中央面板装饰框架、遮阳板、立柱装饰和仪表板侧盖。

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未来,根据汽车内饰的多元化发展需求,原材料制造商还将推出高光泽(如钢琴黑)材料和特效(如金属漆效果)等汽车内饰免喷涂树脂,为汽车内饰的多元化设计提供系统的材料解决方案。

在外墙装饰的应用中,免喷涂方案也很有用处,其应用范围正在逐步扩大。例如,在外部装饰柱(A、B和C柱)中使用asa和pmma材料就是一个典型的例子。

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