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Z材料对社?x)发展的作用Qh们已l把信息、能源和材料技术ƈ列ؓ(f)C文明和生zȝ三大支柱Q其中,材料又是能源和信息技术的基础。衡量一个国家的U技水^Q往往也体现在材料技术的先进与否。汽车制造业作ؓ(f)全球最大的产业Q被C会(x)各界UC为“高新科学技术试验场”,在这场材料技术进步中会(x)当仁不让地l扮演重要角艌Ӏ?
新材料技术研发必解决以下问题,才有可能推动在汽车上的应用:(x)一是可回收再利用性。汽车上大约?/4的材料无法回收和再利用,其中Q橡胶占1/3、塑料占1/3、玻璃及(qing)U维合占1/3Q无法满与循环l济和环保的要求?
二是减少材料的种cR目前汽车上使用的材料(其是由高分子材料组成的塑料Q高辑և十种Q材料生产工Z同,通用性较差,不利于回收和循环再利用?
三是低成本。制U汽车上使用新材料的重要因素是成本Q降低成本才是获得在汽R刉业通往量的必然趋ѝ?
四是~短制作周期Q提高生产效率。新材料Q如主要用于车n较大面积的覆盖板的高性能工程塑料、玻璃纤l增强材料和纤l增强材料的加工工艺相对复杂Q加工周期比较长。这也同h影响和制U汽车制造业采用q些新材料的重要因素?
可实现轻量化的材?
汽R轻量化是指在保证汽R强度和安全性能的前提下Q尽可能地减L车的整备质量Q以此来改善燃a(b)l济性,同时减少废气排放的污染。可以实现轻量化的材料种c非常多Q金属材料有高强度钢ѝ新型铸铁工艺、合金材料(铝、钛、镁?qing)稀土金属等Q、粉末冶金材料等Q非金属材料则有工程塑料、碳/ȝU维复合材料、铝基复合材料、蜂H夹层材料、橡胶材料等Q其中,工程塑料在汽车上的应用最为广泛?
从全球看Q工E塑料正在向高性能、低成本?qing)绿色化方向发展。技术突破多以材料的高性能化、多功能化、智能化为目标,从而降低生产成本、g长用寿命,提高?sh)品的附加值和?jng)场竞争力。汽车是工程塑料应用较多的领域,大概?4%左右。用工程塑料代替各种昂贵金属材料在汽车上q泛应用Q可大幅度地降低车辆装备质量Q同时还提高?sh)(jin)汽车设计的灉|性和造型的美观性,降低?jin)零部g加工、装配过E的费用?
据长城汽车汽车材料工E研I?hu)艳岭介l,目前Q非金属材料占Rw总重U?0%~35%左右Q共计约350~400KgQ其中,塑料材料130~150KgQ弹性体材料50~70Kg。而且Q随着车型档次提高Q工E塑料应用增加。如QABS?qing)其合金和改性PP材料主要应用于内外饰雉Ӟ随R型h(hun)位增加,ABS?qing)其合金应用比例逐渐增加QPA材料主要应用于动力、底盘零部g?qing)结构gQ约占整车塑料的20%Q对聚酰言Q汽车工业是最大的消费?jng)场。;其他cd料材料(聚酯cRPOM、PC{)(j)主要应用于电(sh)子电(sh)器零部g?qing)结构gQ约占整车塑料的15%左右?
工程塑料在汽车的具体应用案例也不胜枚举。如荷兰皇家帝斯曼集团帝斯曼AkulonUltraflow聚醯?注塑生的发动机油底x(chng)著减L车重量。标?08是首个受益于帝斯曼创新解决Ҏ(gu)的R型。新型塑料a(b)底壳比原先用的金属油底壌60%。新型a(b)底壳选用?jin)AkulonUltraflowK-FHG7品Q一?5%ȝ加强聚醯?材料Q该材料h很高的流动性和热稳定性?
Ƨ洲一家整车厂商正来自赢创的VESTAMID]HTplus聚邻苯二甲酰胺(PPAQ材料应用于变速杆零g的批量生产。传l的变速杆lg是由金属制成的。PPA对离合器pȝ中通常使用的润滑剂和汽油具有防滑特性,除具有较高的耐化学性,由制成的模gq具有极高的寸E_性和卓越的机械性能Q如度和拉伸强度?
塞拉斯公司的高性能Fortron聚苯醚塑料QPPSQ正被用于大陆集团研发生产的协助安全N的^视显C器Q该塑料坚硬且耐高温,h极小的容许误差,能实现各U组件的_寸?
另一斚wQ汽车新技术的发展也推出工E塑料的发展。如q年汽R发动机小型化的趋势得发动机周边材料对耐温性的要求更高Q推动了(jin)高耐温工程塑料的研发热潮?
朗盛公司在K2013上推ZUDurethan聚酰胺系列的热稳定体p,即XTS1和XTS2Q主要特Ҏ(gu)这些高性能热塑性塑料的q箋(hu)使用温度提高60℃以上。首ƾXTS1材料牌号是聚酰胺6DurethanBKV30XTS1Q其长期工作温度高达200℃。该材料在发动机室中的可能应用场合包括导风管、进气管Q以?qing)承受高热应力的其他车n附g。XTS2pd产品的长期工作温度甚至高?30℃?
材料U学正在向复合材料的方向发展Q通过一定的技术手D和工艺把不同种cd性能的材料复合在一P取长补短Q扬镉K短,有可能会(x)获得比单一材料性能更强的复合体材料Q如ȝ/纤塑料{复合材料的应用Q在汽R领域也不例外?
巴斯夫公怹朝复合材料方向迈Z(jin)W一步—U(ku)ltracomQ这一q泛融合的品与服务l合的创新在于连l纤l增强半成品层压板,再加上巴斯夫聚酰胺(UltramidQ品系列中的包胶注塑改性材料,以及(qing)一个面向部件生产的完整开发与服务q_。巴斯夫通过Ultracomq一产品包进入汽车复合材料的半成品零部g?jng)场。重点应用在以复合材料制成的车n和底盘部Ӟ与钢材相比,最高可实现减重60%。巴斯夫预期Q如果发展良好,?025?030q_(d)复合材料元g的市(jng)模将辑ֈU?0亿欧元。ؓ(f)?jin)积极参与ƈ促(j)进市(jng)场的Ş成,巴斯夫计划在未来三年内,在热塑性和热固性复合材料领域投入数千万Ƨ元用于研发?
?sh)动汽R的出C对R用材料提Z(jin)新诉求。从整R设计的思\出发Q电(sh)动汽车设计应该重新考虑车辆的重?j),载荷的分布,动力甉|和驱动装|的位置Q而几q前我所提出的汽车设计减量化的概늎在可以得到具体的体现?
事实上,塑料替代金属除了(jin)轻量化之外,q可以降低汽车传动g之间的摩擦力Q特别是与金属(铝、铜Q的表面摩擦Q即能降低摩擦系敎ͼ又能提高密封性。实现更好的耐磨性;同时改进设计的柔韧性和雉仉成度Q提高安全性、舒适性和燃a(b)效率以及(qing)更好的密隔噪效果。有数据昄Q几?0%的设备损坏是因各UŞ式的损造成的。而汽车摩擦损耗占整个车体能量损耗的48%左右。因此,塑料为汽车带来的好处Q远q不只是单纯的轻量化?
减量化从设计开?
减量化必要从结构方面考虑Q它是一U革命性的设计手段Q本着功能集中的设计原则,减小体积和外部尺寸,使结构更加紧凑;可能的减少雉件的数量Q同h以不牺牲车辆性能为前提?
C汽R大量采用新型材料Q传l的车nl构?qing)其设计?gu)不再适用。采用Ş状优化设计法设计的R型零件数已可以从400个减到于100个,质量减轻25~30%Q最多可使装备质量降?00kgQ可看出q种设计Ҏ(gu)的巨大潜力。采用先q加工技术和先进工艺Q实现零部g一体化、加工技术复合化、多U材料一体化?
汽R是一个复杂的机械产品Q由功能各不相同的几个基部分、几千个雉件组成,使用的材料种cM高达上百U,需要汽车零部g刉商、材料制造商共同协调和参与?