材料创新 驱动汽车轻量化
——本刊记者 吴 军
日前，一款命名为Urbee 2的3D打印塑料汽车面世，除了底盘和引擎，其余大部分材料都是塑料。它的设计师Jim Kor表示，这款塑料汽车和钢铁材质一样坚硬，但却是钢制汽车重量的一半。虽然这部车目前仅限于实验阶段，远远达不到量产的程度，但毋庸置疑的是，汽车零部件乃至整车都在朝着轻量化的方向发展。
轻量化——
节能减排最现实的选择
谈及汽车的节能减排，更多人想到的可能是新能源汽车，但殊不知，在新能源汽车尚未发展成熟的当下，汽车轻量化是节能减排最现实的选择。实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；汽车整车重量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%，碳排放可以降低0.3%～0.5%。
当前，汽车的轻量化已经成为车企应对各国政府节能减排政策的重要途径。欧盟已经批准一项加强二氧化碳标准的协议，到2020年欧盟地区新车单位里程二氧化碳排放都必须控制在每公里95克的水平。如果按照燃烧-排放计算，该排放水平大约对应百公里油耗4升。根据欧洲环境署（EEA）提供的数据，2012年欧洲新车平均二氧化碳排放水平为132.2克/公里，较2009年改善9%，2020年则将削减28.1%。日本汽车企业也一直把轻量化列为汽车整体设计中一项非常重要的指导纲领。根据规定，日本的车主购车后，要按期缴纳汽车重量税、汽车税等。这些税费与车体重量和排气量大小有关，车身越重、排气量越大，缴的钱越多。比如重量税，使用时间长、车体重的豪华车尾气排放量较大，差不多每年要交8万日元（约合6000元人民币），而新的微型车仅需交1.2万日元，两者相差6倍多。近几年，中国政府也出台了一系列的节能减排措施，例如积极鼓励新能源汽车的发展、限制车企平均油耗等等。
汽车轻量化的材料创新
长久以来，化学成分及产品被广泛应用于汽车制造，其中多达30%的汽车零部件源自化学实验室。过去，化学品主要用于提高舒适性和改善外观的具体细节和零件上，而现代化学品在汽车轻量化的道路上，亦作出了卓越的贡献。如汽车结构部件、覆盖件，动力总成零部件、车身玻璃等零部件的轻量化替代，都因化工材料的创新而成为现实。
>>> 复合材料实现轻质车身梦想
复合材料以其质量轻、强度高的特点，在汽车工业方面具有典型的应用，并具有突出的三大优势：一是自身减重；二是集成化功能，使系统减重；三是使系统的制造、安装和维修简化。此外，大部分复合材料部件具有减振降噪的效果。
复合材料自上世界60年代开始便以各种形式应用于汽车领域，其在汽车上的应用分为几大类：覆盖件（内外饰）、结构件（以其力学性能为主要应用）、功能件（以其某些方面特殊性能为主要应用）。典型的如用于汽车发动机罩、汽车扰流板等的三明治结构复合材料。如采用由赢创工业集团开发的ROHACELL?誖聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）硬质结构泡沫材料作为夹层芯材、由碳纤维增强的VESTAMIN?誖固化环氧树脂体系为面层的三明治复合材料汽车发动机罩，与金属发动机罩相比，重量从原来的9kg降到3kg，减重效率高达70%，同时能满足静载工况（模态、扭转刚度、弯曲刚度）和行人保护头部碰撞等性能方面的要求。
得益于ROHACELL?誖泡沫优异的耐高温性与机械强度，以及VESTAMIN?誖环氧固化剂技术，发动机罩的生产可以通过在130°C以上的温度进行固化从而缩短固化周期，降低生产成本。相同密度情况下，ROHACELL?誖泡沫是模量和强度最高的泡沫材料。由于具有高的比强度与比模量，即使很薄的ROHACELL?誖泡沫夹层结构，也可以实现打造轻质、高强的车身部件。因此，ROHACELL?誖是结构部件及车盖、车门、车顶、后扰流板等车身覆盖件夹层复合成分的理想用材。
此外，这种三明治结构复合材料发动机罩还采用了基于赢创VESTAMIN?誖异佛尔酮二胺（IPD）固化剂的快速固化环氧树脂体系，可以用于树脂转移模塑工艺（RTM）、真空灌注工艺（VARI），成型周期进一步缩短从而能够适应批量化生产的要求。而以ROHACELL?誖硬质泡沫为芯板，基于VESTAMIN?誖固化技术的环氧树脂碳纤维增强复合材料（CFRP）作为面板的夹层结构也能为汽车扰流板减重不少。
>>> 塑料替代打造轻量化零部件
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称亚克力或有机玻璃，是一种无定型、有香味、无毒、透明的热塑性塑料。它具有优良的物理机械性能、介电和电绝缘性能，优良的光学性能等优点。通过改性和镀层以后，PMMA不仅在汽车内外饰、汽车车灯等提高汽车美观的部件上得到广泛应用，而且已逐步应用到制造侧窗、天窗、三角窗、后窗、车内氛围灯等结构性及功能性部件上，为减轻汽车质量、提高汽车各方面性能发挥着积极的作用。
由赢创开发的PLEXIGLAS?誖宝克力?誖塑料（PMMA）可以应用于汽车行业来制造透明的塑料玻璃。与传统玻璃相比，PLEXIGLAS?誖宝克力?誖塑料玻璃具备了使车身玻璃重量减轻40 %～50 %的潜力。这对降低燃料消耗起了积极的作用，有助于环境保护。同时，PLEXIGLAS?誖宝克力?誖塑料易于加工，适合设计制造曲率极大的车窗，从而满足设计师不同造型设计的需求。长久以来，PLEXIGLAS?誖宝克力?誖塑料已广泛应用在飞机客舱，直升机和潜水艇，摩托车挡风玻璃和房车窗户，经受并通过了来自各种极端天气，极端压力和温度的考验。与此同时，其对紫外线稳定并且清澈透明的特性更是永久不变。目前4mm、5mm、6mm PLEXIGLAS?誖宝克力?誖汽车塑料玻璃原材料均已经通过欧盟ECE R43《关于安全玻璃及材料认证的统一规定》法规认证测试。
除了PMMA对无机玻璃的广泛替代外，以塑代钢在汽车轻量化方面的应用更是蔚然成风。如塑料材料生产的冷却系统管路较传统橡胶管或是金属管就具有很多优势。针对该应用领域，赢创特别设计了VESTAMID?誖HTplus高温聚合物，这是一款基于聚对苯二甲酰胺（PPA）的半结晶材料，在高温条件下能保持耐热稳定，最初用于赛车进气管进行测试时，不仅性能表现出色，而且重量仅为传统金属管道的一半，同时由于内壁非常平滑，能最大程度优化气流和发动机表现。经可靠试验论证，赢创VESTAMID?誖产品还可用于外层燃油管，同时赢创也为粘合层、内层和阻隔层提供多样化的解决方案，适用于生物燃油的燃油管材料也已面世。
作为一种性能出众的树脂材料，聚醚醚酮（PEEK）连续运行温度可达260℃，熔点为343℃。因此，赢创以VESTAKEEP?誖品牌出售的PEEK非常适合安装于发动机舱中的部件。
>>> 粘合剂助力金属/塑料混合件瘦身
在汽车制造中，要使金属/塑料复合件达到良好的粘结性、密封性以及机械性能，性能优异的粘结剂功不可没。赢创推出的一种经过特殊改性的共聚酰胺基粘接剂VESTAMELT?誖X1333-P1，可以在金属和聚合物表面之间形成非常好的粘接。与目前的金属/塑料复合件相比，它可以显著提高金属/塑料复合件的机械性能（例如扭转刚度），同时使客户节省高达20％的材料用量。这种带粘接剂的金属/塑料复合件技术可用于汽车的前端模块、车顶横梁、仪表板横梁等，起到减重与性能提升的作用。
随着我国汽车保有量的不断攀升，以及汽车尾气排放对城市空气污染的加剧，车身轻量化发展的要求已越来越迫切。赢创走在了汽车轻量化发展的前列。作为一家拥有强大研发力量和材料体系的化工公司，赢创不仅为汽车行业提供优质的材料，更为汽车行业提供全面的解决方案。赢创非常重视与下游汽车行业的合作，并积极与汽车原始设备制造商（OEM）合作，参与整车的自主研发，共同开发符合下游要求的轻量化零部件材料，满足市场对汽车行业发展的需求，帮助整车企业提升市场竞争力。
赢创为上汽首款纯电动车荣威E50提供了轻量化设计解决方案，涉及多种应用，包括应用于汽车侧窗、后窗和尾灯的PLEXIGLAS?誖宝克力?誖材料、用于引擎盖的增强复合材料ROHACELL?誖、以及基于VESTAMIN?誖固化剂的环氧树脂体系等。