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汽车轻量化 | 改性塑料如何成为最成熟的轻质材料
文章来源:最有料 2018-03-07 阅读:613

汽车轻量化是未来汽车发展的必然方向

国内外对汽车燃油排放值标准的不断提高和出台鼓励发展节能环保小排量汽车政策,都清晰的勾勒出了汽车轻量化是未来汽车发展的必然方向。

燃油限制要求新能源逐步替代传统燃料,在锂电动电池性能无法快速大幅提升的同时,就对汽车本身的性能提出了更高的要求。受能源形式限制,更轻的车身可降低能耗,成为延长里程的主要突破方向之一。

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2015年-2020年全球节能与新能源汽车销量及预测

随着新能源汽车的发展,特别是纯电动客车的推广,对续航里程和Ekg(单位载质量能源消耗量)的要求越来越高。

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消费者对新能源汽车续航里程的要求

在相同电量下,整备质量越大,续驶里程越显得捉襟见肘,所以车身轻量化必定成为新能源汽车的必然选择。

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汽车轻量化是未来汽车发展的必然方向


材料多样,各尽其用

如今市面上轻量化车身的技术路径大概分为三种:

一是汽车结构的轻量化优化设计,如结构拓扑优化、尺寸优化、形貌优化和多目标协同优化设计等。

二是应用高强度和轻质材料;如应用高强度钢、先进高强度钢和超高强度钢,铝镁合金,工程塑料、纤维增强复合材料等。

三是采用先进的轻量化制造工艺技术。如激光拼焊、辊压成形、高强钢热成形、内高压成形等先进制造技术,结构胶粘接和异种材料铆接等先进连接技术。

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汽车轻量化技术大概分为三种

现代汽车主要材料构成中,钢材占比55%~60%,尽管随着轻量化材料的应用,钢铁占比预计有所下降,但钢铁仍是汽车主要重量来源。因此汽车用材仍以钢铁为主,为轻量化材料的替代提供了较大空间。

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现代轿车仍以钢材为主,被替代潜力大

 

汽车的制造涉及许多材料,如高强钢、铝、镁、铜、塑料、玻璃等,这些轻量化的材料可以被用在保险杠内梁、车架、汽车结构件等地方。在过去的几十年,有相当多的材料已经被用于实现汽车的轻量化。

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整车各系统的轻量化思路

简单来讲,汽车轻量化材料可以分为高强度材料和轻质材料,高强度材料一般指的是高强度钢,轻质材料包括铝合金、镁合金、塑料及复合材料等。

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轻量化材料分类

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轻量化材料性能及应用对比情况

从上述表格可以看出,目前应用较为成熟且广泛的为改性塑料。

改性塑料是指通过加入合适的改性剂,经过共混、填充、增强、共聚、交联等物理、化学方法对通用塑料和工程塑料进行改性,以提高其韧性、强度、拉伸性、抗冲击性、阻燃性等性能而得到的树脂/塑料。其基材以五大通用塑料(PE、PP、PVC、PS、ABS)、五大工程塑料(PC、PA、PET 或PBT、PPO、POM)为主,还可以是特种工程塑料如PPS(聚苯硫醚)及LCP(液晶高分子聚合物)等。

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改性塑料粒子

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改性塑料主要基材

根据改性后的功能,改性塑料包括阻燃树脂类、增强增韧树脂类、塑料合金类、功能色母类等种类,各个种类按着不同的材质又可以细分下去,并且由于各自的性能差异,应用领域也各有不同。

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七大类型改性塑料


汽车行业需求市场,改性塑料应用不断拓展

在汽车用材料上,塑料的所占的比例仅次于金属材料,并有逐步扩大的趋势。随着改性技术的发展,塑料体现出低成本、高性能的明显优势,从最初的内饰件逐步发展到外饰件、发动机周边部件等,应用范围逐步扩大,在汽车用材料中用量比重不断提高。

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改性塑料在汽车领域应用的历程

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目前改性塑料在汽车领域的主要应用情况

汽车轻量化作为一个系统化的工程,并不是简单地针对某个零件的单独减重,局部重量的变化在很大程度上会影响汽车的其他部位,因此汽车轻量化是指在汽车制造过程中集设计、制造、材料技术等一起的系统性工程。改性塑料在汽车部位上的应用涵盖内外饰件、功能和结构件,随着纤维增强技术的发展,特别是碳纤维复合材料的发展,甚至车身、底盘等都可以完全用改性塑料和复合材料制造。

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改性塑料轻量化效果显著

改性塑料在汽车工业的作用和地位越来越明显,目前轿车上塑料用量占比8%左右。在所有的车用塑料中,聚丙烯所占份额最高达37%,其次是聚氨酯,占比17. 3%,ABS 树脂占12. 3%,复合材料占11. 5%,高密度聚乙烯占10. 8%,聚碳酸酯占6. 8%,聚甲基丙烯酸甲酯占4. 4%。

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车用改性塑料主要品种

我国汽车应用改性塑料需求的增长率在10%左右,从区域来看,汽车行业对于改性塑料需求主要集中在重庆、广东、广西、上海等地,这几个区域也是我国汽车企业比较集中的地方。

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国内汽车改性塑料需求情况(万吨)

汽车作为改性塑料的一大应用领域,并且在汽车日以轻量化及成本压缩的趋势推动下,改性塑料的使用占比仍有提升空间。随着国内城镇化水平不断提高,消费不断升级,汽车轻量化趋势的发展,未来汽车行业对改性塑料的应用需求将不断攀升。

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2016年塑钢比

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中国和国际汽车塑料用量差距大

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