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車(chē)用塑料的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)探討 |
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臺(tái)州市方圓貿(mào)易有限公司 發(fā)表時(shí)間:2012-01-15 08:00:22 |
目前,我國(guó)汽車(chē)工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)高速增長(zhǎng)的發(fā)展階段,汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量雙超1800萬(wàn)輛,居于********位。在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)的拉動(dòng)下,一個(gè)與汽車(chē)有關(guān)的高增長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)群業(yè)已形成,以塑料為代表的非金屬材料產(chǎn)業(yè)就是這個(gè)產(chǎn)業(yè)群之一。作為汽車(chē)材料的重要品種,車(chē)用塑料的產(chǎn)值正在不斷增長(zhǎng),同時(shí)其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)也越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注。 那么,車(chē)用塑料的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是什么呢?這需要從整個(gè)汽車(chē)發(fā)展的方向來(lái)看。由于未來(lái)的汽車(chē)更智能、更舒適、更環(huán)保低碳及更便宜,因此車(chē)用塑料的發(fā)展趨勢(shì)大體可以歸為以下幾個(gè)方面:功能化、輕量化、綠色環(huán);约暗统杀九c高質(zhì)量的平衡。 功能化 根據(jù)新浪網(wǎng)對(duì)消費(fèi)者購(gòu)車(chē)的調(diào)查分析可知,車(chē)的外型、顏色以及內(nèi)飾的設(shè)計(jì)已成為消費(fèi)者購(gòu)車(chē)的重要因素之一,僅次于價(jià)格和安全性。由于汽車(chē)的價(jià)格和安全性相對(duì)變化不大,因此汽車(chē)的舒適美觀化是消費(fèi)者最關(guān)注的內(nèi)容之一。而汽車(chē)的舒適美觀化,離不開(kāi)材料越來(lái)越高的功能性。從消費(fèi)者對(duì)內(nèi)、外飾的要求來(lái)看,車(chē)用塑料的功能化趨勢(shì)體現(xiàn)在低氣味性、顏色多樣性等多個(gè)方面。 內(nèi)飾材料的低氣味性是近來(lái)消費(fèi)者關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。新車(chē)是否有氣味已成為消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)的一個(gè)重要因素。雖然我國(guó)目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)汽車(chē)車(chē)內(nèi)空氣污染而制定的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),但是很多國(guó)內(nèi)的汽車(chē)公司已經(jīng)開(kāi)始針對(duì)汽車(chē)車(chē)內(nèi)材料、安裝工藝的環(huán)保問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)題研究。鑒于國(guó)際知名汽車(chē)主機(jī)廠(chǎng)針對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾件所使用的材料都有嚴(yán)格的氣味、揮發(fā)性氣體的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),并且這些標(biāo)準(zhǔn)隨著消費(fèi)者需求的提升而變得越來(lái)越嚴(yán)格;加之我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也日趨與發(fā)達(dá)國(guó)家看齊,汽車(chē)內(nèi)飾材料的低氣味性一定是最近5~10年的一個(gè)顯著趨勢(shì)。 內(nèi)飾材料的顏色開(kāi)始呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的內(nèi)飾顏色主要以啞光的黑色和米色為主,這主要是從駕駛的安全性考慮——低光澤、冷色調(diào),使駕駛者的眼睛不易疲勞。然而現(xiàn)在內(nèi)飾的顏色在保證安全的前提下,選擇越來(lái)越人性化,以滿(mǎn)足不同消費(fèi)者的需求。例如,在運(yùn)動(dòng)款的車(chē)型上采用了鋼琴黑、月光銀等高光澤的顏色效果。這些高光澤的顏色主要用于不影響駕駛員視線(xiàn)的位置,如儀表板腰線(xiàn)以下零件、副儀表板和門(mén)板。其主要的設(shè)計(jì)理念是提升內(nèi)飾的檔次和給消費(fèi)者在帶來(lái)新鮮感。具有橘紅色、嫩黃色等鮮艷色調(diào)的內(nèi)飾,不僅在車(chē)主購(gòu)買(mǎi)時(shí)起到吸引眼球的作用,而且在平常的駕駛環(huán)境中可以調(diào)整駕駛員的心情,使其心情變得愉快和興奮。目前,這些鮮艷的顏色在座椅上已獲得了廣泛應(yīng)用,在儀表板、副儀表板的裝飾條上也開(kāi)始有所應(yīng)用。內(nèi)飾材料顏色的多樣性,要求基礎(chǔ)樹(shù)脂具有良好的后加工性以及染色性、耐候性。 抗靜電材料也是汽車(chē)內(nèi)飾材料的發(fā)展趨勢(shì)之一。塑料具有高電阻率和低介電常數(shù),容易摩擦起電,且電荷很難被導(dǎo)掉,因此容易產(chǎn)生靜電吸塵、干燥環(huán)境下火花放電等不良現(xiàn)象。為解決這一問(wèn)題,提高駕乘的舒適性,德國(guó)大眾汽車(chē)從2009年開(kāi)始要求部分汽車(chē)內(nèi)飾件具有永久抗靜電的功能。這些內(nèi)飾件包括手經(jīng)常觸摸的部件,如內(nèi)后視鏡的邊框、頂棚上的眼鏡盒等,所用材料為pc/asa、pa/asa合金等抗靜電塑料。 基于較低的密度和成本,聚丙烯多年來(lái)在汽車(chē)內(nèi)飾中被廣泛使用。不過(guò),聚丙烯材料也存在一定的問(wèn)題,比如礦物填充的聚丙烯材料表面易劃傷,出現(xiàn)發(fā)白的現(xiàn)象,影響消費(fèi)者的使用。最近幾年,這一現(xiàn)象得到了很大的改善,但部分耐刮擦聚丙烯材料又出現(xiàn)了表面易發(fā)粘的不良現(xiàn)象。因此,聚丙烯填充材料以后的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是,不僅其耐刮擦性能良好,而且不會(huì)出現(xiàn)手感不好的情況。另外由于客戶(hù)觸感的需求,汽車(chē)內(nèi)飾將會(huì)越來(lái)越多地使用軟質(zhì)儀表板。這也就意味著發(fā)泡材料及tpo材料會(huì)有更多的應(yīng)用。 能鍍鉻的塑料材料(主要是pc/abs、abs材料)目前被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)、外飾上,如汽車(chē)徽標(biāo)、散熱格柵、后視鏡、排擋裝飾件和輪轂罩等等。與金屬相比,塑料電鍍制品不僅可以很好的實(shí)現(xiàn)金屬質(zhì)感,而且能減輕制品重量,有效改善塑料外觀及裝飾性,大大提高設(shè)計(jì)自由度,同時(shí)改善其在電、熱和耐蝕等方面的性能。鍍鉻產(chǎn)品由于能彰顯高品質(zhì)形象而被高級(jí)車(chē)大范圍的使用。例如,上海通用于2009年推出的新君越車(chē)型,甚至給后車(chē)燈增加了電鍍的“眉毛”,以彰顯新一代高級(jí)車(chē)的時(shí)尚感。近來(lái),這種應(yīng)用又從b級(jí)車(chē)擴(kuò)大到a級(jí)車(chē),如上海通用隨后推出的英朗等車(chē)型也開(kāi)始大規(guī)模使用鍍鉻材料。這意味著,電鍍級(jí)的塑料材料將會(huì)更多地使用在汽車(chē)外飾件上。 隨著消費(fèi)者更愿意與大自然及天空實(shí)現(xiàn)更開(kāi)放的接觸,消費(fèi)者對(duì)天窗特別是全景天窗的需求更為強(qiáng)烈。同時(shí)這一趨勢(shì)也使得大規(guī)模地使用塑料材料來(lái)替代玻璃成為可能,因?yàn)槭褂猛该鞯乃芰喜牧希ㄈ鏿c材料)可以帶來(lái)更大的設(shè)計(jì)自由度,使得天窗具有更大的開(kāi)口尺寸及更大的有效開(kāi)口。相信不久的將來(lái),全塑料的全景天窗將會(huì)大面積地應(yīng)用在量產(chǎn)車(chē)上。 隨著80后、90后的人群成為購(gòu)買(mǎi)車(chē)輛的主要人群,運(yùn)動(dòng)款車(chē)型及跑車(chē)成為年輕人的新選擇,而運(yùn)動(dòng)款和跑車(chē)的一個(gè)顯著特征便是塑料擾流板(尾翼)的使用。擾流板的主要作用是可以減少車(chē)輛尾部的升力,如果車(chē)尾的升力比車(chē)頭的升力大,就容易導(dǎo)致車(chē)輛過(guò)度轉(zhuǎn)向、后輪抓地力減小以及高速穩(wěn)定性變差。由于塑料擾流板大部分由吹塑級(jí)abs經(jīng)過(guò)成型、噴涂后制作而成,因此吹塑級(jí)abs材料將會(huì)更多地使用在汽車(chē)擾流板上。 輕量化 汽車(chē)材料技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)主要方向是使汽車(chē)輕量化,減輕汽車(chē)自身重量是降低汽車(chē)排放、提高燃油效率的最有效措施之一。汽車(chē)的自身重量每減少10%,燃油的消耗可降低6%~8%。預(yù)計(jì)未來(lái)10年內(nèi),轎車(chē)自身重量還將繼續(xù)減輕20%。除了高強(qiáng)度鋼材和鋁鎂合金的使用,汽車(chē)輕量化最重要的手段是新型輕量化塑料材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,目前“以塑代鋼”已經(jīng)從汽車(chē)結(jié)構(gòu)件擴(kuò)展到整個(gè)汽車(chē)的內(nèi)外飾件。 在內(nèi)飾材料中,一個(gè)顯著的趨勢(shì)是lft材料的應(yīng)用。lft是英文“l(fā)ong-fiberreinforcethermoplastic”的簡(jiǎn)稱(chēng),中文譯為長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料,又習(xí)慣稱(chēng)之為長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料,它是纖維增強(qiáng)聚合物領(lǐng)域的一種新型高級(jí)輕量化材料。據(jù)最新統(tǒng)計(jì),汽車(chē)行業(yè)的lft消耗量約占世界lft行業(yè)總消耗量的80%。其中,歐美lft消耗量大約占95%(歐洲占80%,美國(guó)占15%)。lft材料目前在汽車(chē)內(nèi)飾應(yīng)用最多的是pp長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)材料,主要應(yīng)用于軟質(zhì)儀表板骨架。長(zhǎng)玻纖材料不僅具有良好的剛性和強(qiáng)度,而且其抗沖擊強(qiáng)度也遠(yuǎn)比過(guò)去的短玻纖填充材料高。這種玻纖增強(qiáng)材料已開(kāi)始在汽車(chē)門(mén)內(nèi)模塊內(nèi)大量使用,以取代過(guò)去的鋼鐵。因?yàn)殚L(zhǎng)玻纖增強(qiáng)材料不僅可以降低整個(gè)零件的重量,而且其設(shè)計(jì)自由度大幅提高,從而方便了工程人員的設(shè)計(jì)。內(nèi)飾件的薄壁化也會(huì)減輕汽車(chē)的重量,目前內(nèi)飾部件的平均壁厚已從過(guò)去的3mm減少到現(xiàn)在的2.2mm左右,而且還有更薄的趨勢(shì)。由于薄壁化需要材料具有更高的模量和流動(dòng)性,因此從長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)材料在更加輕薄內(nèi)飾件中將會(huì)得到更多的應(yīng)用。這里順便提及的是,通過(guò)結(jié)合高低溫冷熱成型(heatandcold)技術(shù),長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)材料還能夠更好地實(shí)現(xiàn)在零件a級(jí)面上的使用。例如,對(duì)于儀表板除霧格柵產(chǎn)品,采用pbt/asa+15%gf的材料替代傳統(tǒng)的pc/abs材料,不需要二次噴涂,就可直接通過(guò)材料和模具實(shí)現(xiàn)啞光的效果。 在外飾材料中,“以塑代鋼”的案例更多,保險(xiǎn)杠的前端模塊近幾年開(kāi)始使用pp長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)材料;保險(xiǎn)杠緩沖梁則由pc/pbt材料替代過(guò)去的鋼鐵材料;一些suv車(chē)型上的行李支架越來(lái)越多的由工程塑料制成;可以和白車(chē)身一起進(jìn)行電泳涂裝的pa/ppe材料目前也已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用在翼子板上,如東風(fēng)標(biāo)致雪鐵龍的多款車(chē)型都采用了這種塑料翼子板。值得注意的是,使用塑料翼子板的趨勢(shì)在汽車(chē)行業(yè)已越來(lái)越明顯。 在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)周邊零件中,“以塑代鋼”的趨勢(shì)則更為顯著,包括進(jìn)氣歧管、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋及油箱等諸多零件。這些零件通常采用的材料以尼龍玻纖填充材料為主。 綠色環(huán); 綠色制造日益成為汽車(chē)制造業(yè)的主要發(fā)展方向。特別是自歐盟議會(huì)及歐盟理事會(huì)通過(guò)了elv相關(guān)指令(廢棄車(chē)輛指令2000/53/ec和汽車(chē)關(guān)于可回收利用性形式批準(zhǔn)指令2005/64/ec)后,對(duì)汽車(chē)的設(shè)計(jì)、材料的選擇以及制造等均提出了更高的要求。根據(jù)elv的回收指令規(guī)定:自2006年1月1日起,每一輛報(bào)廢汽車(chē),其平均重量至少應(yīng)有85%能夠被再利用,其中,材料回收率至少為80%。自2015年1月1日起,這兩項(xiàng)指標(biāo)將分別提升至95%和85%。這就意味著,汽車(chē)零部件的設(shè)計(jì)及其選用材料應(yīng)遵循便于回收利用的原則。因此,汽車(chē)用非金屬材料的總體發(fā)展趨勢(shì)是共用化,也就是材料的集中化。當(dāng)然,材料的選擇應(yīng)盡可能地選擇可以回收的熱塑性材料,也就是盡量少用和不用熱固性材料。因此從回收利用的角度來(lái)看,熱塑性材料會(huì)更廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)外飾中,這樣,材料的集中化和共用化也就順理成章。近年來(lái),內(nèi)飾材料尤其以改性聚丙烯類(lèi)材料的共用化趨勢(shì)較為明顯。當(dāng)然,推動(dòng)聚丙烯類(lèi)材料大量使用的驅(qū)動(dòng)力不僅僅是受到elv相關(guān)指令的影響,更重要的是,通過(guò)聚丙烯材料的共用化,一方面降低了整車(chē)廠(chǎng)對(duì)非金屬材料的使用成本和管理成本;另一方面,聚丙烯材料較低的密度和較高的流動(dòng)性,更有利于減輕零部件的重量和提高工藝性等。 高質(zhì)量與低成本的平衡 高質(zhì)量與低成本的平衡不僅僅是汽車(chē)主機(jī)廠(chǎng)的設(shè)計(jì)要求,而且也是汽車(chē)用材料的發(fā)展方向。如何能夠做到高質(zhì)量與低成本的平衡,是目前國(guó)內(nèi)外汽車(chē)主機(jī)廠(chǎng)最為關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。通常,在國(guó)內(nèi)合資品牌車(chē)廠(chǎng)都有“vave”的過(guò)程,也就是通過(guò)技術(shù)的提高來(lái)降低成本。比較常用的手段是實(shí)現(xiàn)原材料國(guó)產(chǎn)化。正是由于大規(guī)模的優(yōu)秀國(guó)產(chǎn)材料供應(yīng)商的加入,才使得汽車(chē)總成本的降低成為可能。然而,汽車(chē)主機(jī)廠(chǎng)如果僅僅考慮單方面的原材料的成本降低是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,因?yàn)樵牧铣杀镜慕档褪怯邢薜,降低幅度一般?0%~20%之間。而如果能夠?qū)λ貌牧线M(jìn)行革新或是采用降低系統(tǒng)成本的方案,那么零部件的成本節(jié)約可以達(dá)到50%,甚至更高。 目前,用于制造汽車(chē)內(nèi)、外飾的“免噴涂方案”就是一個(gè)很好的降低系統(tǒng)成本的方法。過(guò)去,汽車(chē)內(nèi)飾材料通常采用對(duì)塑料基材進(jìn)行噴漆的手段來(lái)達(dá)到內(nèi)飾美觀的功能。表面裝飾漆不僅可以保護(hù)樹(shù)脂基材,而且可以實(shí)現(xiàn)高光、啞光等表面效果,并同時(shí)實(shí)現(xiàn)耐侯,耐刮擦等功能。但是,噴涂工藝也帶來(lái)了一些問(wèn)題:首先,流程較為復(fù)雜,注塑毛坯件后,需要增加運(yùn)輸、預(yù)處理及涂裝等基本環(huán)節(jié),部分噴漆工藝還需要底漆、面漆及uv固化漆等多道生產(chǎn)工序;其次,每個(gè)制程產(chǎn)生的缺陷件由于已經(jīng)噴涂過(guò)熱固性油漆,不易剝離,導(dǎo)致最后回收困難,污染環(huán)境;再次,內(nèi)飾件使用不可回收的熱固性油漆,也給滿(mǎn)足elv法令的要求帶來(lái)了挑戰(zhàn);最后,使用油漆使得整個(gè)零件的成本一般增加1倍甚至2倍。 現(xiàn)在,隨著材料和模具工藝的發(fā)展,采用免噴涂材料直接注塑成零件(moldincolor)來(lái)滿(mǎn)足主機(jī)廠(chǎng)的要求,已成為內(nèi)飾應(yīng)用的新趨勢(shì)。免噴涂產(chǎn)品表面不用擔(dān)心橘皮現(xiàn)象,即便有損傷,也不會(huì)出現(xiàn)露底現(xiàn)象(基材與面漆有明顯色差)。目前許多材料廠(chǎng)商都推出了汽車(chē)用免噴涂啞光系列樹(shù)脂,它們包括低光澤pc/abs、低光澤pa/asa和pa/abs、低光澤耐熱abs以及pbt/asa玻璃纖維填充材料。這些材料已經(jīng)應(yīng)用于轉(zhuǎn)向柱蓋、手套箱、中央面板飾框、遮陽(yáng)板、立柱飾板及儀表板兩側(cè)堵蓋等汽車(chē)內(nèi)飾件。 未來(lái),針對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾多樣化的發(fā)展需求,原材料廠(chǎng)商還將推出用于汽車(chē)內(nèi)飾的高光澤(如鋼琴黑)材料以及特殊效果(類(lèi)似金屬漆效果)等免噴涂樹(shù)脂,以為汽車(chē)內(nèi)飾多樣化設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)的材料解決方案。 在外飾的應(yīng)用方面,免噴涂方案也大有用武之地,并且應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。例如,asa及pmma材料在門(mén)外飾柱(a、b、c柱)的使用就是典型的案例。
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