全球14.3%的溫室氣體來自汽車工業(yè)。這是拜耳材料科技汽車業(yè)務(wù)部門給出的數(shù)據(jù)。節(jié)能減排已經(jīng)成為汽車工業(yè)低碳發(fā)展的革命性課題。而塑料以其重量輕、設(shè)計靈活、制造成本低、性能優(yōu)異、功能廣泛等特點,使汽車在輕量化、低排放、安全性和制造成本等多個方面獲得突破,從而成為21世紀(jì)汽車工業(yè)最好的材料選擇。
由內(nèi)飾件向結(jié)構(gòu)件擴(kuò)展
數(shù)據(jù)顯示,汽車的自身重量減少1%,可節(jié)油1%;汽車運動部件減輕1%,可節(jié)油2%。因此,輕量化已成為汽車材料發(fā)展的主要方向。在汽車設(shè)計中大量采用塑料部件,不僅可以滿足汽車設(shè)計綜合性能的要求,即輕量化、安全、防腐、造型和舒適性等,還有利于降低成本,節(jié)約材料資源。塑料正在逐漸成為汽車輕量化的首選材料。
塑料在汽車上的應(yīng)用按功能主要分為內(nèi)飾件、外裝件和功能結(jié)構(gòu)件三大類。保險杠等外裝件以塑代鋼,可以減輕汽車重量,達(dá)到節(jié)能的目的;儀表板、座椅、頭枕等內(nèi)飾件對安全、環(huán)保、舒適性能的要求較高,采用可吸收沖擊能量和振動能量的彈性體和發(fā)泡塑料來制造,可減輕碰撞時對人體的傷害,提高汽車的安全系數(shù);燃油箱、發(fā)動機(jī)和底盤上的零件等功能結(jié)構(gòu)件,則多采用高強(qiáng)度工程塑料甚至是特種工程塑料,來達(dá)到減輕重量、降低成本、簡化工藝的目的。
目前國外汽車內(nèi)飾件已基本實現(xiàn)塑料化,塑料在汽車上的應(yīng)用范圍也正在由內(nèi)飾件向外飾件、車身面板和結(jié)構(gòu)件擴(kuò)展。材料供應(yīng)商表示,汽車塑料件的發(fā)展重點已經(jīng)向開發(fā)結(jié)構(gòu)件、外裝件用的增強(qiáng)復(fù)合材料和高性能樹脂材料轉(zhuǎn)移。耐高溫、耐油的聚酰胺結(jié)構(gòu)部件,滿足車身在線噴涂要求的塑料面板材料,以及能讓視野更開闊、設(shè)計更靈活的聚碳酸酯車窗材料,更是頂級材料供應(yīng)商推薦的拳頭產(chǎn)品。
新能源汽車的直接推手
新能源汽車對輕量化的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車。這是國內(nèi)外企業(yè)對新能源汽車輕量化的共識。
電動車/混合動力車的動力系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的區(qū)別很大,僅動力系統(tǒng)就可能額外增加200千克的重量。由于電池技術(shù)等還未能做到同步發(fā)展,行駛里程短成為了電動汽車發(fā)展的瓶頸。在同樣動力“不足”的情況下,質(zhì)量較輕的汽車無疑能行駛得更遠(yuǎn)。輕量化對新能源汽車至關(guān)重要,高性能材料的發(fā)展甚至可以直接推動新能源汽車的發(fā)展。
據(jù)了解,電動汽車電源系統(tǒng)對絕緣性的要求很高,熱管理系統(tǒng)則對耐化學(xué)性、抗水解性的要求比較苛刻。下一代電池組能否在降低重量和成本的同時提高性能,直接關(guān)系到電動汽車能否獲得質(zhì)的飛躍。電池組的框架和結(jié)構(gòu)部件、電池隔膜等對材料也提出了創(chuàng)新性的要求,目前一些公司已經(jīng)給出了高性能聚酰胺等候選方案:通過材料革新提升荷電線和連接器負(fù)荷,達(dá)到功能集成化,以降低下一代逆變器的自重和成本。已有一些企業(yè)正在進(jìn)行這方面的開拓性工作。
報廢汽車回收的“加速器”
現(xiàn)在,世界汽車工業(yè)開始對整車可回收性提出要求,歐盟、美國和日本都已頒布了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),我國的報廢汽車相關(guān)國標(biāo)也已上報,預(yù)計今年內(nèi)將通過施行;厥绽寐蕦⒈患{入汽車產(chǎn)品市場準(zhǔn)入的管理體系。
由于塑料可回收并進(jìn)行多次利用,節(jié)省了制造過程的資源消耗,因此除了減重之外,節(jié)約資源也成為車用塑料用量快速增長的又一大動力。許多塑料材料的供應(yīng)商在接受采訪時都表示,他們在為汽車提供輕量化解決方案的同時,更強(qiáng)調(diào)從材料的全生命周期來進(jìn)行評價,并盡可能使用可回收利用的材料生產(chǎn)零部件。
除了對通用塑料、工程塑料的用量不斷增多,不少汽車企業(yè)還將目光瞄準(zhǔn)了生物塑料。比如豐田公司曾公開表示,2015年之前將把汽車塑料中的20%(質(zhì)量比)替換為生物塑料。雖然目前還無法廣泛使用生物塑料,但他們對生物塑料寄予了厚望,尤其是在內(nèi)飾件上的應(yīng)用。
福特的研究團(tuán)隊正在設(shè)法擴(kuò)大可再生材料與天然材料的應(yīng)用范圍。福特2010Flex的第三排儲物箱采用了聚丙烯和20%麥稈混合制成的AgriPlas樹脂。重量比全PP材質(zhì)儲物箱輕10%。據(jù)福特估計,在儲物箱中用麥稈代替樹脂每年將減少2萬磅的油耗,減少3萬磅的二氧化碳排放;诖蠖褂蜑樵系臉渲旌狭弦脖槐姸嗥囍圃焐逃糜诰郯滨ヅ菽,據(jù)估計,已有150多萬輛汽車使用了大豆聚氨酯材料。
馬自達(dá)汽車株式會社與廣島大學(xué)正式簽署合作研發(fā)協(xié)議,雙方將共同推進(jìn)馬自達(dá)生物塑料項目。該項目將在非糧作物纖維素生物原料的基礎(chǔ)上研發(fā)新型環(huán)保生物塑料技術(shù),并力爭在2013年之前實現(xiàn)其在車輛上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。目前馬自達(dá)混合動力車的座椅已經(jīng)應(yīng)用了帝人公司生產(chǎn)的Biofront耐熱型生物塑料。