如今,机动性比以往任何时候都更加重要。越来越多人希望提高机动性,但基础设施已经不堪重负,更不用说对环境造成的负面影响了。“人人都想回归大自然,但没人想步行去那里。”因此,了解并解决一个机动化世界所存在的问题至关重要。在这个世纪大挑战面前,高性能材料反而迎来了发展机遇,尤其是塑料和橡胶。
汽车越多,机动性越低?
最近,世界第70亿位居民诞生了。当这个象征全球第70亿人的马尼拉小女孩拿到驾照时,她的大部分时间可能会在堵车中度过。现在,全世界共有约8亿辆轿车和卡车。到2035年,全世界的机动车数量预计将达到20亿,这主要是受巴西、印度和中国汽车数量急剧增长的推动。研究显示,仅中国的汽车数量每年就将以36%的速度增长。这意味着更多的燃油消耗,更大的环境压力以及更严重的交通拥堵。对很多人来说,上班途中被堵在路上已经是家常便饭。世界各地的机动性都面临着同一个问题:交通陷入瘫痪。
事实和数据足以说明这一问题:德国人目前每年花在堵车上的时间超过50个小时,这甚至比他们一周的工作时间还要长。此外,闲暇时候也是大堵车的时候:在德国每年暑期的12个周末,会出现大约1000条超过十公里的堵车长龙。所有这些车辆排成一排,可以从德国一直排到澳大利亚。
城市化大趋势是导致地球变得越来越拥挤的原因之一。越来越多的人正从农村涌向城市。目前全世界共有27个人口超过500万的特大城市,而且数量还在不断增加。2011年,超过一半的世界人口居住在城市,这在历史上尚属首次。如果继续以这一速度增长,2050年全球人口将达到92亿,其中3/4的人口将生活在城市。到那个时候,过度拥挤的城市扩张地区将再也容不下我们现在所知道的汽车。
新的汽车概念正日益流行
对于机动性研究者而言,没有人再愿意将汽车作为身份的象征,且地球也已经再也无法负担。“20亿辆汽车本身并不会构成灾难,”加利福尼亚机动性专家Dan Sperling在他的《二十亿辆汽车》一书中指出。但是,必须从根本上扭转体积越来越大,动力越来越强的汽车发展趋势。这尤其适用于欧洲和北美地区,因为巴西和日本一直以小型车为主。未来,随着人们环保意识的提高,由于价格和保养成本更低,小型车将越来越受欢迎。因此,“体积小,重量轻,环境友好”将是今后的汽车发展趋势。
为了满足未来的需求,机动性必须彻底革新。除了具有互联性能的高效,紧凑型汽车之外,创新的机动性概念也越来越受欢迎。汽车共享和社区车辆等策略指明了未来的方向。随着用户数量达到六位数,德国已经悄然成为欧洲最大的汽车共享市场,紧随其后的是英国和瑞士。目前,如果驾驶总里程数和计时费用里程不超过成本效益的临界值(通常为每年1万~2万公里),那么汽车共享要比自己开车划算很多。此外,汽车共享在很多方面对人类和环境有利。在几乎所有的情况下,汽车共享公司会提供相对较新的车型。驾车者可以根据特定情况选择不同的适合车型。并且可以完全避免购车款,车位或车库租金,车辆税和保险费等费用。在人口稠密的城市,汽车共享是公共交通服务,步行以及骑自行车的完美补充,确保了全方位的机动性选择。
燃料电池
燃料电池是基于氢气和氧气产生电能,仅向环境中释放不会产生污染的水蒸汽。早在170年前人们就已经知道了燃料电池的工作原理,但这一技术直到最近才相对成熟并应用于汽车中。这在一定程度上要归功于朗盛与领先汽车制造商合作开发的新一代离子交换剂。
替代燃油
未来的机动性将基于采用可再生原材料制成的燃油,从而实现二氧化碳保持中性平衡。从油菜籽、葵花籽油、棕榈油或麻风树果实中提取的生物柴油,乍听起来非常不错。但要将这些燃油用于日常使用必须通过添加生物柴油稳定剂(如朗盛的Baynox plus)来延长它们的存储期。只有这样,环境友好的生物燃油才具有广泛使用所需的存储期和实用性。
车用塑料大展身手
减轻汽车自重是解决问题的关键之一,每辆汽车的重量每减轻100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6 L,其二氧化碳排放每公里可降低约13 g。在现有制造技术下,塑料给汽车提供了重量下降的巨大潜力。在目前的中型汽车中,塑料的比例已经占到15%。随着新的设计理念以及创新的材料组合的问世,这个比例在未来还将大幅提高。汽车制造商正在积极为各种汽车部件寻求新材料以减轻重量,同时为涉及到高温和腐蚀性生物燃油部件的高效引擎技术提供帮助。聚酰胺(PA)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)在当下的汽车车身中有着全面的应用,包括车载电子设备、软管和轻质车身部件等。汽车制造越来越重视电子控制的舒适性、方便性和安全性,诸如动力方向盘和油泵等电动附加系统的安装越来越普遍。这推动了PBT塑料产品的销量增长超越市场平均水平。在车内用于空调系统的电子部件、控制单元、电子自动制动装置(ABS)、电子稳定程序(ESP)、电动车窗、座椅控制单元和电动机外壳等部件中都可以见到PBT的身影。PBT取代金属的能力催生了一系列新应用——例如汽车前照灯灯圈和天窗框架等。
混合材料技术创新进行时
如果说塑料在汽车轻量化进程中还稍显势单力薄,塑料-金属复合材料技术(也被称为混合技术),则是对汽车轻质结构部件的一大创新,这一创新已成为推动汽车轻量化的主流力量。以朗盛为例,其高性能塑料(如杜力顿)被用作一种复合材料与钢板或铝板共同使用。使用这种材料生产的汽车零部件可耐受最高载荷,但其重量比传统零部件轻40%。采用玻璃纤维织物和杜力顿制成的有机板材甚至可以完全取代金属。
玻璃纤维强化级别的PA6是复合材料中最常使用的塑料,由此制造出了具有高度承载能力的自承式部件,不但比全钢部件重量轻,而且更安全、更坚固。混合技术首次被作为大型部件运用于汽车前端的生产上,目前几乎所有国际汽车制造商都使用了这种由PA6和钢板制成的混合材料汽车前端。迄今为止,使用朗盛杜力顿?誖BKV 30H2.0产品制造出来的这种车身结构部件已经远远超过5000万件。而且塑料-金属混合技术的应用范围仍在不断拓宽中。除了踏板支架和车顶框架部件外,现在一些货车的刹车踏板也在使用这种轻质材料制造。与全钢结构设计相比,这些踏板的承载能力增加了60 kg,重量减轻了40%,成本降低20%。
在复合材料汽车前端制造中,可以使用铝来替代钢板。首款采用这一设计的车型是奥迪TT,高度整合的塑料杜力顿?誖 BKV 30 H2.0/铝部件设计使车身减轻了约15%的重量。由于这种产品在汽车减重方面的潜力巨大,塑料和铝的混合设计已经成为一种趋势。朗盛半结晶产品业务部产品和应用开发负责人Hartwig Meier相信:“未来,传统的塑料应用领域(如发动机舱)也将适用于汽车结构部件。这是一项新趋势,因为这些部件将决定汽车的整体性能。”
开发电动汽车的关键
电动汽车的驾驶概念越来越流行。在巴西举办的朗盛汽车日活动上,通用汽车高级技术汽车概念总监Christopher Borroni-Bird指出:“电动汽车开发了各种更环保,更经济且更舒适的新材料的潜力。我相信,这将是一幅非常有趣的未来景象,对朗盛也是如此。
据预测,到2025年,使用内燃机的车辆仍将占汽车行业销售总额的50%,但10%的新车销售将来自电动汽车,40%来自混合动力车。这些变化将改变机动性行业目前的价值链,不仅仅是对原始设备制造商和供应商而言,对动力设备和第三方提供商同样如此。Saltigo公司已经开始生产碳酸亚乙烯酯,该产品是锂离子电池的一种重要成分。这类高性能电池的应用领域之一是用于混合动力汽车。
绿色轮胎的奥秘
绿色轮胎是指“滚动阻力小、耗油低、环保型”的高性能轮胎,它具有显著的环境、安全和经济效益。测试证明,绿色轮胎可以减少20%~30%的滚动阻力,进而降低5%~7%燃油消耗;绿色轮胎可以在保持最高水平的安全性、湿滑路面抓地力和耐久性以及最小的滚动噪音的情况下,节约能源;另外,绿色轮胎还可以节省耗油量,有利于环境保护。
从2012年11月开始,欧盟和韩国将实施强制性轮胎标签法规:要求在轮胎上标识滚动阻力和湿地抓着力的等级。强制执行的绿色轮胎标签将非常简单易懂,类似常见的冰箱等电器的等级标签,届时当消费者在轮胎标签上会看到能源效率、抓地力、噪音等指标的明确等级。毋庸置疑,新的轮胎标签时代,等级越高的轮胎价格也越高,但是绿色轮胎带来的经济效益将远高于最初的技术投资。实验表明,绿色轮胎在购买前两年节省的油费就足以弥补高出普通轮胎的价格部分。米其林公司的一项调查显示,如果全世界的车辆都使用绿色轮胎,每年可节省200亿升燃油、减少5000万t二氧化碳排放。另外,绿色轮胎更耐用,且可以多次翻新使用,有助于节约资源。实验证明,普通轮胎的寿命大多是2.5~3万km,但是绿色轮胎的寿命可达到4~5万km。
在环保领域,绿色轮胎更是具备典型优势。交通运输行业是唯一一个二氧化碳排放不断增加的领域,其中大部分的排放是道路交通产生的。欧盟将绿色标签视为降低二氧化碳排放量的一个重要手段,其目标是到2012年欧盟新车的平均二氧化碳排放量由目前的每公里160克降低到每公里120克,到2020年降低到每公里95克。
绿色轮胎高性能的实现离不开原材料橡胶的性能提升。朗盛公司已经开始提供高性能合成橡胶,以生产效率和安全性兼具的绿色轮胎。朗盛正在开发的包括溶聚丁苯橡胶(SSBR)在内的材料可以实现橡胶分子与填料颗粒间更牢固的连结,初始试验结果证明,该材料在不影响湿滑路面抓地力或耐磨损性德情况下,提供出色的滚动阻力。
朗盛提供的另一个高性能产品是钕系顺丁橡胶(Nd-PBR)。该橡胶具有非常窄的分子重量分布以及良好的加工性,可以使聚合物的股的长度更加一致,而这种一致性可以降低滚动阻力。该材料以及规则的分子结构与天然橡胶几乎别无二致。这意味着它可以非常有效的抵抗外力。与此同时,这些配方还减少了其他许多合成橡胶中存在的与乙烯基有关的缺陷。这也将降低滚动阻力并提供更好的耐磨性。
值得一提的是,朗盛研发了世界上首款生物基三元乙丙(EPDM)橡胶产品Keltan?誖Eco,主要用于生产汽车门密封条和雨刮器。Keltan Eco产品使用从可再生资源甘蔗中所提取的乙烯为原料,其品质完全可以与同类产品相媲美。公司已于近期对Keltan Eco产品进行商业化生产,计划初期年产量约1万t。