塑料在汽車上的應(yīng)用

塑料在汽車上的應(yīng)用——輕量化與汽車塑料的發(fā)展鄭塏一、輕量化對汽車發(fā)展和節(jié)能減排具有重大意義為了應(yīng)對迫切的全球氣候變暖和能源危機，節(jié)能減排—已經(jīng)成為全球汽車企業(yè)的集體課題。我國汽車產(chǎn)銷規(guī)模已居世界首位，預(yù)計在未來仍將持續(xù)增長。汽車是石油第一大用戶，全球幾乎45%的石油是用于交通運輸。2011年，中國每輛汽車平均消耗汽油或柴油2.15噸/年，高于歐盟的1.5噸，日本的1.1噸。我國汽車平均百公里油耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國外，在諸多影響因素中，汽車輕量化效果低于國外，是最直接和最主要的原因之一。目前在歐美汽車企業(yè)制造的產(chǎn)品，整車重量同過去相比減輕了20%-26%，預(yù)計未來10年內(nèi)，轎車平均重量還將繼續(xù)減輕20%。特別是鋁合金、鎂合金、工程塑料、復(fù)合材料和高強度鋼、超高強度鋼等輕量化材料的開發(fā)與應(yīng)用，在汽車輕量化過程中將被廣泛采用。在新能源路線遲遲不清晰的形勢下，輕量化已經(jīng)成為全球主流汽車企業(yè)的主要折中路線。汽車輕量化主要采取材料輕量化與結(jié)構(gòu)輕量化相結(jié)合的方式，而汽車零部件的各種先進(jìn)成型技術(shù)也是輕量化的核心內(nèi)容之一。汽車輕量化實際上是汽車性能提高、重量降低、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、價格合理四方面相結(jié)合的一個系統(tǒng)工程。輕量化主要體現(xiàn)在三個方面：1、汽車優(yōu)化設(shè)計，可為減重10-15%；2、合金材料的應(yīng)用，可減重30-40%但鋁合金、高強鋼都需要進(jìn)口；3、非金屬復(fù)合材料的應(yīng)用，可減重45-55%。歸納起來就是，在輕量化與材料特性、工藝性、生產(chǎn)批量、成本及其它制約因素中找到一個最佳的結(jié)合點，實現(xiàn)多材料組合的輕量化結(jié)構(gòu)，強調(diào)合適的材料用于合適的部位使結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與優(yōu)化融入開發(fā)前期，降低成本，確保了汽車輕量化的效率和質(zhì)量。從上述三個方面來說，非金屬復(fù)合材料對汽車輕量化的貢獻(xiàn)是最大的。

國外汽車品牌現(xiàn)在已經(jīng)大規(guī)模使用塑料復(fù)合材料（主要是玻纖增強復(fù)合材料如：LFT、SMC等）和高性能的工程塑料等，而國內(nèi)自主品牌汽車在塑料復(fù)合材料上的應(yīng)用（重量占比）卻相對較少。這也反映了我們整車輕量化技術(shù)水平的差距。據(jù)Marketsand研究報告稱，未來5年，全球汽車塑料消費量將保持13.4%的年增長速度增長；將由2012年的216.17億美元激增至2018年的461.12億美元。

目前，我國已形成相當(dāng)規(guī)模的汽車產(chǎn)業(yè)，并擁有一汽、長安、東風(fēng)、吉利、奇瑞、長城等自主品牌。今后幾年將進(jìn)一步加快發(fā)展速度，不斷提高民族品牌國際競爭力；在最短的時間內(nèi)完成中國汽車企業(yè)跨入世界最強陣容的共同夙愿。另一方面，我國在合成樹脂、工程塑料、復(fù)合材料等領(lǐng)域也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢，部分產(chǎn)品在裝備、技術(shù)和質(zhì)量指標(biāo)方面已接近國外先進(jìn)水平。涌現(xiàn)了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品特色的大中型企業(yè)，他們也正積極籌劃投身汽車材料領(lǐng)域。中國宏觀經(jīng)濟對汽車市場的穩(wěn)定增長起到支撐作用主要體現(xiàn)在以下三個方面：——經(jīng)濟穩(wěn)中有進(jìn)，就業(yè)形勢良好，新增就業(yè)的呈現(xiàn)出良好發(fā)展的態(tài)勢，為汽車消費的穩(wěn)定增長提供了有力支撐?！獓袷杖朐黾訛槠囅M升級提供動力，為汽車市場帶來了長期增長的動力?！?jīng)濟結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了新變化，中西部汽車市場更加活躍。中部和西部地區(qū)的工業(yè)發(fā)展速度超過東部，呈現(xiàn)出西部比中部高，中部比東部高的一個基本態(tài)勢。

二、國內(nèi)汽車行業(yè)情況

麥肯錫2012年底發(fā)布報告預(yù)測：從現(xiàn)在到2020年中國汽車市場雖增速放緩至年均8％，但中國市場新車銷量預(yù)計仍將超過歐洲市場和北美市場，貢獻(xiàn)全球汽車市場增長量的35％。并表示，中國持續(xù)的城市化進(jìn)程，將把城市人口比重從2011年的51％提高至2020年的60％。城市人口收入不斷增加，中高收入城市家庭數(shù)量大幅增長?！爸袊钠嚻占奥手两袢匀惠^低，只有5％左右。但是，我們看到這一比例正在逐步升高，到2020年中國的汽車普及率將有望達(dá)到15％。乘用車占國內(nèi)汽車銷量81.6%，比上年提高1.3個百分點。前十位中長安福特增速最快達(dá)60%，其中5家超過行業(yè)增速，總體表現(xiàn)較為突出。前十家企業(yè)共銷售乘用車1065萬輛，占乘用車銷售總量的59.4%?？傮w來看合資企業(yè)的銷售增長帶動了乘用車整體市場的增長。2014年中國市場預(yù)測結(jié)合宏觀經(jīng)濟發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，中國汽車工業(yè)協(xié)會預(yù)測2014年中國市場全年需求量約為：2385萬輛至2429萬輛左右（全年汽車市場需求量=總銷量-出口量+進(jìn)口量）中國汽車全年銷量為：2374萬輛至2418萬輛，增長率為8%-10%。即：2385萬輛=2374萬輛-103萬輛+114萬輛；增長率8%

2429萬輛=2418萬輛-103萬輛+114萬輛；增長率10%三、塑料在汽車上的應(yīng)用

近年來車用材料作為汽車科技的要素，品質(zhì)內(nèi)涵日新月異。塑料以其輕巧、強韌、易加工的特性，賦予了汽車內(nèi)、外形體無限的創(chuàng)意空間與靈感而備受關(guān)注。隨著成型加工技術(shù)的不斷發(fā)展和材料性能的不斷提高，塑料的應(yīng)用正在向著車身覆蓋件和結(jié)構(gòu)件等方面發(fā)展，從而代替原來使用的鋼材和其他金屬材料。在節(jié)能環(huán)保理念的推動下，安全舒適、輕量節(jié)能成為汽車未來發(fā)展的主要趨勢；塑料作為最佳的可選材料之一，在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛。據(jù)估計，未來十年，汽車的重量還將降低20%以上，而這也正是塑料應(yīng)用的舞臺。

一般塑料的比重在0.9-1.6，玻纖增強材料的比重也不會超過2.0，而A3鋼為7.6，黃銅為8.4，鋁為2.7；這就使得塑料成為汽車輕量化的首選材料。使用塑料不僅可以減輕零部件約40％的重量，還可以使采購成本降低40％左右。歐洲人曾做過統(tǒng)計，如果現(xiàn)有歐洲路面上跑的汽車都采用PC材料替代車側(cè)窗和后窗的玻璃，使車身輕量化；僅此一項則每年將節(jié)省約21億升燃油，相當(dāng)于24億歐元。另外，由于使用了塑料，汽車的整體重量減輕，由此歐洲每年可減少1000萬頓的二氧化碳的排放。

在汽車行業(yè)，塑料零部件可以減輕重量，提高性能，降低制造成本，還可以降低汽車傳動件之間的摩擦力。也就是說：汽車塑化帶來的好處，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是單純的輕量化。在發(fā)達(dá)國家，每輛汽車塑料用量從上世紀(jì)90年代的100-130kg上升到2004年的152kg和2006年的174kg,現(xiàn)在用量是230kg，預(yù)計到2020年，汽車平均塑料用量將有可能達(dá)到500kg/輛以上。汽車的電氣零部件和內(nèi)外飾件，大部分采用塑料制造。未來轎車外殼相當(dāng)一部分會采用塑料來做

菲亞特的新款500L型（MPV）的后部固定側(cè)窗采用了SABIC的透明LEXANGLX和黑色CYCOLOY樹脂模塑的無縫集成。減輕大約35％的重量，提升氣動效率，幫助汽車制造商實現(xiàn)提升該新車型的燃油效率以及減少排放的目標(biāo)。全塑輪轂使用長玻纖增強塑料，與金屬制造的相比具有優(yōu)異的綜合性能。每個輪子不但減輕了3kg，還對于提高乘坐舒適性和燃油經(jīng)濟性有著重要的意義。LFT突出的優(yōu)點是：剛度和強度高，減震回彈性好、耐熱、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定，使用壽命長。大眾公司選用了陶氏的玻纖增強PC/ABS合金，生產(chǎn)Phaeton美國版的儀表板支架。是因為該材料在模擬撞擊試驗中，能量的吸收，要比傳統(tǒng)材料高出50%；使坐在前面不系安全帶的乘客免遭沖擊傷害。

TICONA推出了POM/LGF，這種材料具有比其他增強熱塑性聚合物更優(yōu)異的性能，用于汽車遮陽篷、車座、高負(fù)載傳動裝置與設(shè)備等領(lǐng)域，代替金屬和增強聚丙烯、尼龍、聚酯復(fù)合材料等材料。北歐化工推出一種長玻璃纖維增強聚丙烯。這種材料可用于寶馬1、3、5、7系列的儀表板載架。與以前使用的材料相比它可減重20%，同時降低20%的系統(tǒng)成本，這種材料還支持寶馬SGI集成泡沫注塑工藝。目前在世界LFT產(chǎn)品中，GMT約占52%，LFT-G約占32%，而LFT-D僅占16%。隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷普及和推廣，專家預(yù)測除GMT以外，LFT的銷售量每年將增長30%，其中LFT-D的增長速度會更快。30%增強尼龍66中冷器節(jié)氣門閥體空氣閥電子泵殼體馬達(dá)端蓋耐高溫尼龍的部分產(chǎn)品17%glassfilledABSNylon6/6-glassfibre&mineralfilled

路虎攬勝極光，在制造中采用了一系列高級輕質(zhì)材料，比如像PA/PPO合金應(yīng)用于前翼子板，PC/PBT合金應(yīng)用于行人保護(hù)吸能塊，并將長玻纖增強聚丙烯應(yīng)用于儀表板及內(nèi)門模塊；使自重小于1.6噸，比攬勝運動版輕了35%，二氧化碳排放量低于130克/千米。

雷諾2013ClioIV的翼子板采用SABIC的NORYLGTX樹脂制造而成。它不僅能有效減輕重量，與鋼材相比，可降低達(dá)47%的溫室氣體排放?？梢哉f，LFRT是汽車復(fù)合材料工業(yè)中的希望之星。LFRT完全可以替代汽車業(yè)、工業(yè)以及園林草坪業(yè)中的壓鑄件、鋼質(zhì)沖壓金屬件?？傮w上看，近年來LFRT的市場預(yù)計增長率平均可達(dá)18-25%，其中亞洲的增長率約為25%；西歐和北美的增長率分別可達(dá)17%和12%。另據(jù)統(tǒng)計，全世界LFRT的銷售總額中，GMT約占52%，LFRT-G約占32%，而LFRT-D僅占16%。專家預(yù)測：除GMT以外LFRT的銷售量每年將增長30%，其中LFRT-D的增長速度會更快。國外LFRT發(fā)展?fàn)顩r（歐洲熱塑性復(fù)合材料聯(lián)盟統(tǒng)計）四、未來汽車的輕量化發(fā)展從目前看，要實現(xiàn)整車大規(guī)模減重，就必須實現(xiàn)碳纖維增強復(fù)合材料在整車上的應(yīng)用。國外汽車業(yè)近年來已經(jīng)開始投入專項資金進(jìn)行研究，其中傳動軸，車頂、車體或底盤都有了碳纖維增強復(fù)合材料的應(yīng)用樣件或樣車（概念車）嘗試。世界各主要汽車生產(chǎn)國家紛紛將纖維復(fù)合材料輕量化技術(shù)應(yīng)用于汽車制造，提為近期國家的戰(zhàn)略目標(biāo)。開展碳纖維復(fù)合材料在汽車上的量產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)研究。

據(jù)媒體報道，寶馬年度董事會上強調(diào)了“i系列”車型的“創(chuàng)新先鋒”作用，和在車型陣容中發(fā)揮了“中心作用”；將會把碳纖維材料運用到M系列車型上。并稱：“全新一代7系車型也將使用碳纖維材料。它的輕質(zhì)化將為同級車型樹立一個新的更高的標(biāo)準(zhǔn)。新車預(yù)計將減重約272公斤，將于2015年正式上市發(fā)售。在寶馬公司，代號i代表智能、創(chuàng)新和國際化。這要求寶馬打破傳統(tǒng)，用更加寬廣的思維去思考自身和汽車業(yè)的未來。i3的工藝改變了寶馬的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程，而最大變化在于生產(chǎn)工序的縮減。碳纖維車身節(jié)省了傳統(tǒng)汽車的打磨上蠟等工序和時間，生產(chǎn)一輛BMWi3所需的時間僅為傳統(tǒng)汽車的一半。在新車間里，工人的確是通過小推車運輸車身零配件。如果說福特創(chuàng)建流水線生產(chǎn)是汽車行業(yè)的第一次革命，那么碳纖維+新能源可能是第二次汽車革命。碳纖維制作的BMWi3將顛覆傳統(tǒng)汽車業(yè)這是首次將碳纖維大規(guī)模運用到量產(chǎn)車上，也是自至少上個世紀(jì)80年代，當(dāng)?shù)谝慌X車架生產(chǎn)以來，汽車生產(chǎn)中的最大轉(zhuǎn)變。

相關(guān)研究表明：使用塑料減輕的重量所產(chǎn)生的作用，不如改善、優(yōu)化汽車的動力學(xué)表現(xiàn)與降低摩擦所產(chǎn)生的效果。菲亞特的最新款500L型的后窗采用了PC和CYCOLOY樹脂模塑無縫集成。減重大約35％，并提升了新車型的氣動效率和燃油效率，而且還減少了二氧化碳的排放。路虎極光采用大量輕質(zhì)材料和PA/PPO塑料翼子板，成為了世上最輕的高端品牌SUV。i8的車身包括Life和Drive兩個模塊，碳纖維材質(zhì)重量約是傳統(tǒng)鋼材重量的1/4、鋁材重量的1/3。最終的效果就是i8的車身重量不到1.5噸。

這是輛金屬銀的帕加尼Huayra金屬色的光澤很好的襯托出了碳纖維細(xì)節(jié)的質(zhì)感。

蘭博基尼碳纖維車身及整車效果蘭博基尼的全碳纖維單體車身實際上分下艙和車頂兩部分，經(jīng)熱壓成型。車身已經(jīng)用在第6代V12的LP-700上，整車比前一代輕了147kg。奔馳SLR

McLaren的碳纖維車體碳纖維進(jìn)氣歧管碳纖維傳動軸

對于帕加尼來說變速箱220千克的重量太重，經(jīng)過一輪一輪改進(jìn)，這臺變速箱竟然減重到90千克。

由Brembo提供的剎車套件，包括六活塞的卡鉗以及碳纖陶瓷的打孔剎車盤。陶瓷的剎車盤只重5.3kg（比傳統(tǒng)的輕了8kg）。五、創(chuàng)新思維迎接挑戰(zhàn)

當(dāng)今社會，是一個充滿著夢想和機遇的社會。傳統(tǒng)生產(chǎn)加工、銷售物流統(tǒng)統(tǒng)受到了新思維的沖擊。新媒體時代到來，以互聯(lián)網(wǎng)、移動媒體、戶外數(shù)字媒體為核心的網(wǎng)絡(luò)交互式媒體，將成為未來企業(yè)開展網(wǎng)絡(luò)營銷的主要戰(zhàn)場之一。企業(yè)網(wǎng)站、門戶網(wǎng)站、行業(yè)垂直網(wǎng)站、品牌社群、博客、微博、論壇等實施互動的營銷傳播。這種物聯(lián)網(wǎng)營銷模式，很可能就像阿里巴巴和淘寶對待傳統(tǒng)的營銷業(yè)，顛覆也許是致命的。這場變革可以被稱為實際的生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，包括計劃、機構(gòu)、領(lǐng)導(dǎo)、企業(yè)監(jiān)管等等。它標(biāo)志著第四次工業(yè)革命的開始。實際上已能夠感覺到它的臨近?！芰康母锩菏剂蠈⒈豢稍偕茉慈〈?，能源的利用通過新技術(shù)變得更高效，人們在爭取，到2050年要減少50%的能源消耗?！牧系母锩阂环矫媸侵缚稍偕玫脑系闹貜?fù)使用（就像碳循環(huán)）。另一方面是如何能夠把所謂的零浪費生產(chǎn)引入進(jìn)來（如3D打印）。

國外汽車自身重量同過去相比減輕了20%~26%。預(yù)計在未來的10年內(nèi)，轎車自身重量還將繼續(xù)減輕20%。鋁合金、鎂合金、工程塑料、復(fù)合材料和高強度鋼、超高強度鋼等輕量化材料的開發(fā)與應(yīng)用在汽車的輕量化過程中將發(fā)揮重大作用。

汽車輕量化是中國汽車業(yè)的重要發(fā)展戰(zhàn)略，但目前政府在復(fù)合材料研究上對航空業(yè)的扶持要多于汽車業(yè)。其實汽車行業(yè)應(yīng)該受到更大的重視，因為一旦批量化應(yīng)用，就會比目前任何單一領(lǐng)域的碳纖維用量都大。我們認(rèn)為：要真正實現(xiàn)汽車強國夢，業(yè)內(nèi)必須形成對資源的共享；并且就輕量化工作和途徑達(dá)成共識，建立橫向與縱向的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。有組織的幫助車企與上下游行業(yè)之間形成創(chuàng)新伙伴和利益共同體。相互分工協(xié)作，有效配置形成利益共同體；真正搭建起汽車企業(yè)、配套零部件企業(yè)、塑料與復(fù)合材料企業(yè)以及其他車用非金屬材料行業(yè)廣泛交流的平臺；共同探索出一條互利共贏、合作發(fā)展的新途徑。原材料研發(fā)（高校、研究院所）材料生產(chǎn)（材料供應(yīng)商）零部件制造（零部件供應(yīng)商）整車集成應(yīng)用（主機廠）材料的回收再利用（回收企業(yè)）政府引導(dǎo)、政策支持建立起先進(jìn)復(fù)合材料“材料研發(fā)-原材料生產(chǎn)-零部件制造-整車集成應(yīng)用-回收再利用”的全產(chǎn)業(yè)鏈，各方組建2個聯(lián)盟（縱向的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，橫向的主機廠之間的聯(lián)盟），由協(xié)會進(jìn)行統(tǒng)籌，兼顧各方利益。組建聯(lián)盟、協(xié)會統(tǒng)籌

謝謝！TELAX-mail：zhengkaiep@126.com工信部在《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出：2015年平均百公里油耗要達(dá)到6.9L(CO2155g/km)，節(jié)能惠民標(biāo)準(zhǔn)5.9L/100km；