随着资源和环境约束的不断增强,越来越多的人开始关注汽车产业节能减排的潜力。自从汽车轻量化概念提出后,材料、结构及工艺领域的工程师集各方所长不断创新解决方案,而材料替代正是轻量化方案的关键所在。作为一家特种化学品供应商,朗盛凭借着高性能材料领域的丰富经验,推出塑料、皮革、复合技术等全方位的汽车轻量化解决方案,让汽车“轻装”前行。
汽车产业成节能减排先锋
专家估计,到2035年,全球汽车保有量将从当前的10亿辆增至30亿辆。这就意味着,在接下来的24年里,污染、交通拥挤和燃油消耗的规模将激增近四倍;未来15年中,上述增量的85%将来自巴西、俄罗斯、印度和中国,约36%将来自于中国。
随着我国经济社会持续快速发展,汽车保有量呈快速增长趋势,2015年新注册登记的汽车达2385万辆,保有量净增1781万辆,均创历史新高。2010~2015年,中国新车销量以每年超过12%的速度增长。这意味着燃料消耗、环境污染与交通拥堵问题将不断加剧。因此,未来中国所需要的是更加经济环保的低排放汽车。
在今年的《政府工作报告》中,汽车作为节能减排的先锋产业被多次提及。2016年初,国家工信部发布了《乘用车燃料消耗量限值》。按照要求,到2020年,所有车企生产的乘用车平均油耗要从2015年的6.9升/100公里(第三阶段)降至5.0升/100公里(第四阶段),年均降幅达6.2%左右。
据测算,汽车的自身质量每减少10%,燃油的消耗可降低6%~8%。汽车整备质量每减少100千克,百公里油耗可降低0.3~0.6升,而排放到大气中的二氧化碳也将减少约1.2千克。从成本上来看,减少1千克的汽车质重则可以减少10美元左右的支出。由此可见,轻量化技术是汽车业未来需共同突破的重点方向。
材料替代是核心手段
目前,实现汽车轻量化的手段有很多,概括起来主要是材料、结构和工艺三个方面。其中,轻量化材料又是汽车轻量化中最为基础和核心的手段。如今高性能轻量化塑料稳定性已经相当高,足以替代汽车制造中使用的金属。此外,塑料不会锈蚀,可塑性强,能够实现新的设计理念。
如今,轻量材料的制造成本和工艺已适于批量生产。OEM、供应商和材料制造商应密切合作,以加快这些材料的使用,进一步开发轻量化设计。
据Frost & Sullivan分析,到2017年,轻量化汽车材料市场有望达到953.4亿美元。现代汽车自身质量同过去相比减轻了20%~26%。预计未来10年内,轿车自身质量还将继续减轻20%。
多项减重技术全面出击
来自朗盛的一系列技术和产品已经或者将要在汽车减重领域发挥巨大的作用:
★ 杜力顿?誖-聚酰胺(PA)高科技塑料
杜力顿?誖(Durethan)系列在汽车行业的许多产品中都有应用,如进气口、车门把手、插座等。与金属相比,塑料材料可减轻特定结构部件高达50%的质量,从而提高燃油效率。
以斯柯达明锐(Skoda Octavia)汽车的前端模块载具为例。它包含朗盛的杜力顿?誖玻璃纤维强化聚酰胺材料。与目前市面上不多见的全塑料前端模块载具相比,这款部件的支撑横梁中没有强化钢板,因此质量减轻了1.2千克。
来自朗盛杜力顿?誖家族的“PA6品级材料”,是一款低温改性材料,可完美适用于高压容器内胆的挤出吹塑成型。使用连续纤维加强热固塑料进行包覆和加强的内胆比传统钢罐轻75%,进而使整车质量减轻4%~7%。目前PA6已被成功应用于保时捷911卡雷拉的发动机油底壳,以及戴姆勒卡车和奥迪S-Tronic变速箱油槽。
2016年3月,朗盛的“PA6品级材料”荣获了“2016塑料行业——荣格技术创新奖”。近期,该技术则荣获《汽车与配件》杂志与德国莱茵TüV集团联合举办的“2016汽车轻量化创新技术评选活动”中的“轻量化创新技术奖”,这是该技术在本年度第二次获奖。
★ 保根?誖-聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)基高科技塑料
保根?誖(Pocan)是朗盛在全球范围内享有很高声誉的高科技塑料品牌,用其制成质量较轻的防锈部件来代替金属部件,也可显著减轻车身重量。除此以外,由于无需再加工,且在某些要求下使用时具有免涂特性,可以节约能源和资源消耗。与其他材料相比,保根?可以确保材料有新的设计选择,而且功能更强大。此外,由于具有优异的流动性能,PBT材料加工周期更短,降低了注塑成型的成本,为打开新的应用领域提供了可能。
含有PBT的混合物在嵌板/成型以及卡车驾驶室添加部件的生产过程中有多种不同应用,其中包括车辆起停系统中的助推器模块、挡泥板、挡风板、A柱、上落踏板、散热器护栅和保险杠等。像沃尔沃 (Volvo) 和依维柯 (IVECO) 这样的商务汽车制造商也使用朗盛的塑料来生产散热器护栅和保险杠。
★ Tepex?誖-连续纤维增强热塑性复合板
Tepex?誖复合板采用热塑性聚合物基材的连续纤维增强型材料,已掀起一场复合技术的革命,被用在奥迪 A8的下横梁、奥迪 A8前端以及宝马 M3的保险杠中。
塑料/塑料复合技术将Tepex?誖与Durethan?誖注塑成型组合在一起,可根据部件要求使用各种定制的朗盛塑料、纤维材料和注塑成型复合物。由于这些材料加强了连续纤维,如玻璃、碳或芳纶纤维,再加上低密度的特性,因此十分适合用于轻量化结构。例如,采用热塑性复合材料制造的安全气囊外罩在不牺牲强度与硬度的情况下,质量可减轻大约1/3。相较于全钢结构,采用Tepex?誖镶件的汽车座椅壳体质量也大幅减轻。
★ X-Lite?誖-轻质皮革生产技术
新型X-Lite?誖技术是一种帮助减轻皮革座椅质量,并降低能耗的技术。X-Lite?誖技术基于可膨胀的微胶囊,即在皮革的复鞣阶段通过创新工艺将其引入纤维结构中,经热膨胀后,制成1.3毫米的全厚度家具皮革,质量可减轻20%。
此外,朗盛创新的高科技塑料和塑料/金属混合技术,使如今的汽车制造商可以用轻巧而又牢固、安全的塑料来替代金属部件,这么做至少能减少30%的车身质量。采用朗盛技术的汽车部件详见图1。
本田汽车公司近期推出的最新氢电混合动力燃料电池车型“Clarity Fuel Cell”就采用了朗盛开发的轻量化解决方案。借助朗盛子公司Bond-Laminates采用连续长纤维增强制成的PA6基材热塑性复合材料Tepex?誖、朗盛的高性能塑料杜力顿?誖(Durethan?誖)PA6、以及朗盛的一次性注塑成型技术,本田汽车公司成功为此款车型开发出全球首个混合注塑成型后保险杠。
通过HiAnt轻量化设计定制服务,朗盛还可为汽车制造商与部件供应商提供性能测试服务,并对直至批量生产的整个开发过程提供支持。本田汽车的后保险杠由日本领先的塑料部件制造商高木精工采用先进的塑料注塑成型技术进行批量生产。
“为化工行业注入非凡活力是我们致力的方向,为中国城市的可持续未来贡献力量是我们执着的目标。朗盛相信,“绿色机动化”是未来的核心竞争力所在。我们将继续秉承可持续发展的理念,通过发挥所处化学行业的作用,使汽车轻量化工程有效落地。相信在不远的未来,我们终将实现城市的“蓝天”梦想。”朗盛大中华区首席执行官钱明诚如是说。
