以塑代鋼將是汽車輕量化的趨勢
作者：網(wǎng)絡(luò)來源：網(wǎng)絡(luò)發(fā)布時間：2013-06-07瀏覽次數(shù)：4664次
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汽車并非越重越安全，但自重卻是汽車輕量化一個難以避開的話題。
塑料汽車不再僅僅是玩具。
日前，一款命名為Urbee 2的3D打印塑料汽車面世，除了底盤和引擎，其余大部分材料都是塑料。它的設(shè)計師Jim Kor 在接受媒體采訪時表示，他的這款塑料汽車和鋼鐵材質(zhì)一樣堅硬，但卻是鋼制汽車重量的一半。
雖然這部車目前僅限于實驗階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到量產(chǎn)的程度，但毋庸置疑的是，這至少表示汽車零部件乃至整車都在朝著輕量化的方向發(fā)展。
據(jù)研究表明，一輛轎車的自重每減少10%，燃油消耗量就降低6％~8%，降低5%~6%的排放，這對于實現(xiàn)汽車節(jié)能減排意義重大。
國家汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟副秘書長王智文在接受《中國經(jīng)濟和信息化》記者采訪時表示，“高強度鋼和塑料（非金屬材料）是既能實現(xiàn)汽車輕量化又能控制低成本的好材料?！?/FONT>
以塑代鋼
在節(jié)能減排壓力下，“以塑代鋼”的概念在汽車業(yè)廣為流傳。據(jù)美國化學(xué)工業(yè)學(xué)會的資料顯示，目前汽車塑料零部件的重量總和還不及汽車總重量的十分之一，因此，可以擴展應(yīng)用的空間還非常廣闊。
近年來，為了提升市場競爭優(yōu)勢，各車企紛紛研發(fā)并上馬采用了輕量化設(shè)計的車型。世界知名車企更是走在了這一領(lǐng)域的最前沿。寶馬將于今年秋季量產(chǎn)BMWi3純電動汽車，這款汽車的最大特點是，外殼材料為塑料、底盤材料為鋁合金，與傳統(tǒng)同類車型相比，實現(xiàn)減重250~350千克。這一現(xiàn)實不僅能夠引領(lǐng)汽車設(shè)計新潮流，更將顛覆汽車制造流程及整體市場格局。
作為汽車的發(fā)明者，奔馳在車身輕量化領(lǐng)域肩負(fù)著更重的責(zé)任和使命。2012年11月的廣州車展上，奔馳發(fā)布了一款名為F125的氫動力概念跑車。該車主要由碳纖維、鋁合金以及塑料聯(lián)合打造而成，在保證車身剛性的同時將車身輕量化做到了極致。
另外，凱迪拉克和福特也是汽車輕量化的杰出代表，凱迪拉克在發(fā)動機罩上已經(jīng)使用了纖維增強塑料，而福特則正在研究如何降低生產(chǎn)碳纖維部件的成本。在資深汽車行業(yè)分析師張志勇看來，碳纖維材質(zhì)成本過高，工藝復(fù)雜，難以工業(yè)化推廣，只適用于賽車和少數(shù)豪華跑車。
車身減重風(fēng)當(dāng)然也已經(jīng)吹進國內(nèi)。本土車企中，長城汽車股份有限公司（下稱長城）和奇瑞汽車股份有限公司（下稱奇瑞）是在這一研究領(lǐng)域走得最遠(yuǎn)的兩家車企。
2011年11月，奇瑞汽車聯(lián)合全球最大的聚合物生產(chǎn)公司之一德國拜耳材料科技（中國）有限公司，聯(lián)手創(chuàng)建了“奇瑞——拜耳汽車輕量化聯(lián)合實驗室”，雙方就聚氨酯復(fù)合材料、聚碳酸酯塑料車窗用材料、新能源鋰電池材料、吸音降噪等材料在汽車上的應(yīng)用展開共同研究，并對外聯(lián)合申請項目及推廣。而在此之前奇瑞的A3CC雙門跑車已經(jīng)在德國K展Sabic展臺展出，其前翼子板采用Noryl GTX樹脂制成。
長城汽車同樣與拜耳公司展開了合作。在2012年北京車展上，長城展出的哈弗E概念車的7個車窗組件，均采用拜耳？寺【厶妓狨ブ瞥，并配有大尺寸全景天窗。這是我國本土汽車制造商首次如此大范圍應(yīng)用聚碳酸酯車窗。
2012年11月，揚州凱爾斯邁有限公司出資、清華大學(xué)和浙江大學(xué)共同研制的塑料電動汽車已經(jīng)引起了國內(nèi)業(yè)界的高度關(guān)注，被譽為轎車中的“裝甲車”。這輛車車身由兩層塑料型材組合，每層約半厘米厚，兩層中間構(gòu)成中空狀態(tài)，由復(fù)合塑料加入玻纖及其他成分一次性沖壓制成，目前已經(jīng)順利通過歐盟9個成員國權(quán)威檢測機構(gòu)的認(rèn)證。
但是這種塑料電動汽車也還停留在試驗階段。武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院博士生導(dǎo)師過學(xué)迅教授認(rèn)為，從技術(shù)層面考慮，由于塑料需要專業(yè)模具沖壓一次形成，無法像金屬一樣快速成型，而像凱爾斯邁公司研發(fā)的這種新型汽車車身相對較大，需要建成的模具生產(chǎn)線難度較高，目前還較難實現(xiàn)。
此外，除了家轎市。ǔ檔那崍炕蒼繅馴惶嶸弦槌。北汽福田已將其中型和重型卡車的保險杠從鋼材改為塑料材質(zhì)，并在部分汽車零部件中啟用了玻纖增強塑料，還把部分鋼制發(fā)動機部件也更換為塑料部件。
目前國外整車企業(yè)在輕量化上已經(jīng)日趨成熟，而中國本土車企還處于學(xué)習(xí)或者是追趕的階段。尤其是在輕量化材料的研發(fā)上，雖然有些成就，但仍處于初級階段。
塑料難題
近年來，我國汽車塑料制品生產(chǎn)企業(yè)利用引進車型的技術(shù)，擴大塑料材料在汽車上的應(yīng)用水平，形成了一批規(guī)模化、專業(yè)化的汽車塑料制品供應(yīng)商，部分生產(chǎn)工藝水平達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先和國際同步。如上海延鋒偉世通、長春富奧-江森公司、蕪湖順榮公司等。后者的六層塑料燃油箱已在奇瑞、江淮、東風(fēng)、吉利、長城、華普、海馬、長豐等國內(nèi)自主品牌汽車上廣泛應(yīng)用。
在塑料化進行得如火如荼，儼然成為汽車行業(yè)的旗幟時，過學(xué)訊教授提出了自己的冷靜思考：“塑料化并不是汽車輕量化的唯一方法，塑料本身的疲勞期比金屬短，尤其暴露在高溫環(huán)境和接觸汽油時，老化現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，并且應(yīng)用在齒輪或者其他傳力的部位時，無法達(dá)到金屬的強度。而且，目前應(yīng)用較多的碳纖維復(fù)合材料在使用過后會喪失其力學(xué)性能，根本無法回收，只能作為廢品或降級處理。我認(rèn)為高強度鋼和含鋁金屬是更適合實現(xiàn)汽車輕量化的材料?！?/FONT>
這確實是汽車塑料化進程中無法回避的難題，在頒布了整車可回收性強制要求的日本、美國等國家，豐田公司和福特公司都明確表示，將設(shè)法擴大可再生材料與天然材料的應(yīng)用范圍。
反觀國內(nèi)，原材料產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理冀志宏指出，國家并未頒布針對性較強的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，只有一些普適性法規(guī)如《再生資源回收管理辦法》等，在新材料規(guī)劃、石化和化學(xué)工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中也有一些涉及。塑料汽車的環(huán)：馱傺非榭，前景堪憂。
鑒于此，國內(nèi)汽車零部件、汽車塑料企業(yè)要在市場中占有一席之地，必須提高國際競爭力，把企業(yè)開發(fā)能力和產(chǎn)品水平提到更高的層次，并參與汽車工業(yè)的發(fā)展與競爭，從設(shè)計開發(fā)階段就要進行汽車用塑料材料回收、再生利用的研究，以滿足環(huán)保的需要。
伴隨輕量化發(fā)展的一個最直接問題就是汽車自重。輕量化的度應(yīng)該怎么控制？畢竟，節(jié)能減排不能用人身安全來換取。這或許是任何人聽到塑料汽車這個概念時最先考慮的問題。
王智文對此有自己的看法：“汽車并不是車越重越安全。即使汽車上使用很輕的材料，如果采取高強度的加工工藝，也能達(dá)到很輕但彈性非：玫男Ч。從而也就越安全。”
目前，國家汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟正在與長安汽車集團合作，共同研發(fā)和推廣“以鋁代鋼”的引擎蓋。王智文介紹，這項研究是出于在發(fā)生事故時，對行人的安全保護的考量。因為在引擎蓋等部分應(yīng)用鋁合金可以減輕撞擊對人身造成的二次傷害。
鋁板的重量雖然大約為鋼板的1/3， 但其可吸收的碰撞能量卻是鋼板的2 倍。鋁合金在遭遇撞擊時的安全系數(shù)更高，因為其材質(zhì)有非：玫奈蘢饔。
發(fā)展瓶頸
雖然汽車輕量化已是大勢所趨，但國內(nèi)汽車輕量化技術(shù)尚不成熟，相關(guān)產(chǎn)業(yè)也未形成規(guī)模，很大程度上影響著國內(nèi)車企發(fā)展汽車輕量化的熱情。
此外，國內(nèi)汽車在輕量化技術(shù)方面與國外先進水平相比仍存在較大差距，尤其是在高端材料的應(yīng)用和發(fā)展方面，更是受制于人?！巴瑯右惠v車，國外可以做到1.3噸，而我們必須做到1.5噸以上，不是故意做這么重，而是我們做不輕?！蓖踔俏恼f。
我國乘用車重量平均比歐洲汽車重5%~10%，商用車的數(shù)字則是17%。例如，國內(nèi)載重40 噸的牽引車自重為9噸，國外同等先進車型只有7噸，而國內(nèi)自卸車自重則比國外重3~4噸。
王智文強調(diào)，在汽車傳統(tǒng)塑料應(yīng)用件的比例上，與國外車企并沒有太大差距。但是在向高端發(fā)展時，無論是材料技術(shù)，還是設(shè)計水平，都面臨種種困難。“材料加工成零部件是一個非常復(fù)雜的過程。雖然國內(nèi)的通道、接頭、內(nèi)飾件、保險杠甚至包括儀表盤等都是用塑料做的。但向功能件、結(jié)構(gòu)件發(fā)展時，難度就很大了?！?/FONT>
國內(nèi)原材料本身就很落后，尤其是高端材料完全被國外的一些化學(xué)廠商所壟斷控制，例如杜邦、巴斯夫、拜爾，他們掌握材料的設(shè)計技術(shù)和分析技術(shù)，也掌握零部件的設(shè)計技術(shù)。
由于高端材料長期受制于國外技術(shù)壟斷，導(dǎo)致產(chǎn)品成本居高不下，迫使一些企業(yè)放棄高端材料在汽車上的使用。
王智文同時還指出，輕量化材料成本高，也不符合目前國內(nèi)車型的市場定位?！皣廛嚻蠖嗍菍⑤p量化材料應(yīng)用到跑車和概念車上，偏向小批量、多品種，追求個性化服務(wù)。而我國車企在高端產(chǎn)品領(lǐng)域品牌價值偏低，因此市場需求小?！?/FONT>
目前，阻礙我國汽車輕量化技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵因素，是各研發(fā)機構(gòu)往往只注重單個技術(shù)的研發(fā)，很少開展各技術(shù)間的交叉與融合。就好像先有雞還是先有蛋的問題，材料企業(yè)往往只管做出材料，而車企則負(fù)責(zé)制造和組裝，雙方缺乏溝通和協(xié)作，也導(dǎo)致輕量化材料在產(chǎn)業(yè)推進方面步履維艱。
輕量化技術(shù)的發(fā)展涉及眾多學(xué)科，需要運用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)性知識體系。因此，未來汽車產(chǎn)業(yè)的輕量化需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)各界的共同努力和探索。
隨著我國汽車保有量的不斷攀升，以及汽車尾氣排放對城市空氣污染的加劇，車身輕量化發(fā)展的要求變得更加迫切。對此，相關(guān)研究機構(gòu)或政府部門應(yīng)該做出戰(zhàn)略性的超前部署。
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