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当复合材料助汽车实现轻量化

发布时间:2021-09-10 10:52:13 阅读: 来源:发热管厂家

复合材料助汽车实现轻量化

提高燃油效率,目前是汽车工业首要关注的问题。他们努力生产轻质的汽车零部件,帮助车身整体减重,以提高车辆行驶里程。汽车制造商,比以往的任何时候,都更多的看到了复合材料的好处。

目前,全球汽车和卡车制造商都更为迫切面临的同一个问题:生存。全球经济衰退,无数工厂破产,裁员,降低生产数量。根据汽车数据公司报告显示,2008年,美国轻型卡车和轿车的新车销售量与2007年相比,跌落了18%。欧洲汽车制造商协会表示,2008年整个欧洲地区的汽车销量是过去15年以来,最差的一年,其中,西班牙记录在案的最大销售跌幅达到了-28.1%,在英国达到11.3%的跌幅。

使用复合材料代替目前的发动机配件是汽车制造商主要研究目标

复合材料真是个不错的选择

近期的这些不好的消息(如金属材料价格上涨),却着实凸显出了复合材料的优势,提高燃油效率,将多个金属冲压件合并为一件复合材料零部件。

燃料成本的恐慌对于混合动力和电动汽车的发展应该是个好消息,因此我们在2009年底特律举办的北美国际汽车展和2010北京国际汽车展当中,都看到了大量电动汽车的身影。通用生产的Chevy Volt电动汽车,整车共使用了45.4公斤热塑性塑料,包括在发动机罩和车门,加上在后行李箱盖、车顶和挡泥板使用的未增强聚合物材料。

Chevrolet的Volt车型,仅塑料部件就达到45.5公斤

通用汽车公司将几种同类型汽油车量进行了对比,Chevy Volt每年将为驾驶者节约1892升燃油。这项燃油数据的得出,主要是基于:在美国,75%的驾驶者平均每天的行驶距离不超过64公里,这样的行驶距离对Chevy Volt电动汽车来说,一次充电即可完成。

Chevy Volt在制造过程中主要采用了混合热塑性复合材料IXIS 157(由AZDEL&SABIC Innovative Plastics公司生产),它是一种连续玻璃纤维增强“三明治结构”复合材料,主要可用于轻质车身面板的制作。IXIS复合材料将无序玻纤增强作为夹芯,连续的单向纤维增强热塑性塑料作为面板。目前,AZDEL&SABIC Innovative Plastics公司正在开发这一系列的另一款新品,IXIS 200。

极速跑车

位于加州的特斯拉汽车公司生产的双人座纯电动汽车特斯拉Roadster跑车(Tesla Roadster Sport)在底特律车展上大放异彩。目前该公司已经接到该跑车的订单。特斯拉Roadster最大的特点就是高功率和轻重量。当然,如此轻的车身重量,还是由于制造过程中,使用了碳纤维/环氧轻质复合材料。特斯拉公司表示,开发该款车型,公司共计耗时两年,经历了设计、原型制作、测试、改进设计、再测试、会议讨论等过程。

特斯拉公司在RTM工艺中应用了碳纤维毡生产汽车行业复合材料零部件。车身面板采用三明治结构,面板为碳纤维复合材料,芯材为玻璃纤维和聚合物。公司官方数据显示,特斯拉Roadster0~60公里仅需3.7秒,美国销售起价为12.85万美元,欧洲销售起价为11.2万欧元(不含增值税)。

特斯拉Roadster跑车采用创新的轻体碳纤维环氧复合材料车身面板,是纯电动敞篷跑车。

英国汽车制造商莲花公司,也帮助特斯拉公司一起投入对这款电动车辆的研发工作。预计莲花公司在不久也将推出其电动车型。这也是自从公司在1995年推出Elise车型后,再次推出其电动系列车型。Evora跑车采用了铝制底盘,复合材料车顶和车身面板,使得车身整体具有更高刚度。

减重300公斤?

工程聚合物专家泰科纳公司估计如果汽车制造商现在就使用塑料代替金属,中型客车有望减低50公斤。从中期来看,今天汽车中平均900公斤的钢材和其它金属确实可以通过使用替代材料如复合材料和混合材料解决方案做到减重300公斤。举个例子,大众公司使用泰科纳公司的Celstran +型长纤维增强热塑性材料(以下简称 LFRT)生产高尔夫Plus这款汽车的仪表板。结果是应用新型复合材料不但能够比金属零部件减少加工步骤,而且仪表板的重量能够减重8公斤,并且降低了生产成本。

主营热塑性聚合物的RTP公司将集中生产聚丙烯LFRT商业化,为了更加适合汽车行业的需求。

Lucintel公司①行业研究人员表示,由于具备高耐冲击性和适合制造结构件,LFRT复合材料已成为今日塑料工业领域成长最快的一类原材料。与金属材料相比,LFRT具有更高的比强度和现在拉力实验机也采取了液晶电子传感器显示的方式进行丈量抗冲击性,提供更大的设计灵活性,和更好的耐化学腐蚀性能。尽管工业原材料数不胜数,但是先进的技术以及满足汽车工业的需求,是促进LFRT复合材料迅猛发展的主要原因。

LFRT复合材料的同类竞争品包括:短纤维增强塑料,玻璃纤维毡热塑性塑料,SMC/BMC和金属。Lucintel公司的市场研究人员表示,目前在汽车业应用领域中,SMC正在受到来自玻璃纤维毡热塑性塑料的挑战:后者成型时间更短且保质期本特勒-西格里公司实现了每一年10万~15万个部件的产量更长,而且无论在高温和低温的情况下,其抗冲击性能都更强。因此,Lucintel公司预计高级玻璃纤维毡热塑性塑料将在今后的汽车工业更广泛用于车身外部面板的制作中。

福特汽车公司已明确表示,到2020年提高40%的燃油效率,减重是能够帮助其实现这一目标的主要途径。根据原型试验车,福特公司的目标是将现行车辆减重340公斤,而不会降低驾驶安全性能。为了实现这一目标,福特公司的科研人员选中了纳米技术,使产品重量更轻,更具耐久性和提高燃油效率。福特认为,纳米技术在汽车应用中拥有巨大潜力。

复合材料与混合动力

我们从去年ACMA②举办的“Composites+Polycon 2009”展会中看到了很多汽车工业创新型应用的例子。ACMA同时也是ACA③的支持方,后者始终致力于推动热固性复合材料在汽车工业的应用。ACA的一些企业会员与Reinforced Plastics在展会中广泛讨论了复合材料在汽车产业的发展趋势和创新性,大家对这个观点达成了一致:即复合材料与混合动力汽车是完美搭档。

Meridian可以从溢油等出口看到 Automotive Systems公司总裁Jeff Robbins表示,目前他的公司正在与一家树脂工厂合作研发一种“绿色”配方,其中采用了30%回收的、可持续使用的原材料。他们已经采用这种新型原材料为一辆汽车生产了底盘防护部件,即使形状复杂的零部件也可以制造。这款“绿色”树脂产品的可回收部分,是从饮料瓶和大豆纤维提取的。但是,并非所有的汽车制造商都乐于使用“绿色”零部件。Robbins说:“我们发现,OEM制造商们会节约生产中的每一分钱,因此很难考虑绿色、环保零部件,相比而言,其它汽车制造商倒是愿意他们的汽车多一点‘绿色’。”

Meridian Automotive Systems公司公关部主任Steve Martin,负责与树脂制造商AOC,谈到了公司目前也在积极研发可回收和非石油为基础的材料。

“目前我们已经可以生产非石油基的树脂,它的性能与石油基树脂是完全相同的,或者我们可以说,非石油基树脂具有更好的机械性能和结构性能。”“我们对此该到非常高兴,但是我们的客户和模具制造商并未对此产品持同样积极的态度。”

AOC公司也在积极开发新型色浆,以帮助OEM制造商在上色环节降低生产成本。

他说:“目前我们正在与Tier One公司共同开发这种新型树脂适合的领域。”

Martin表示,热固性塑料始终保持稳定的水平,而热塑性塑料在汽车应用中有抬头的趋势。“这两种原材料确实都有各自的优势,在汽车制造业的应用将会越来越多。”

Martin相信,聚合物原材料在汽车业的应用将会逐年增长,原因是,新一代的工程师已经在业内变得越来越成熟,他们不愿倾向于传统原料,而希望为汽车工业寻找更具多样性的原材料。

①Lucintel:美国著名市场研究和咨询公司。

② American Composites Manufacturers Association (ACMA):美国复合材料制造商协会

③ Automotive Composites Alli使得1只名为“建辉”的猴子犹如《阿凡达》中的钢铁战士1样ance (ACA):美国汽车复合材料协会(end)

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