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    汽车材料及其轻量化趋势

    2017-12-06 09:47:21    来源:网络
    2017年11月3日,CPIC(重庆国际复合材料有限公司)2017年客户交流会在重庆成功召开。来自全球各地的玻璃纤维、复合材料领域的280多名代表参加了本次会议,就该行业的发展共赢进行了深入的沟通与交流。《国际塑料商情》也受邀参与此次盛会,全程聆听了各位行业大咖对于塑料及复合材料发展的现状、最新技术趋势和未来发展前景的真知灼见,在此将为读者一一作分享。

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    热塑性复合材料引关注
     
    中国玻璃纤维工业协会驻会会长/中国复合材料工业协会执行会长张福祥先生介绍了2017年中国玻璃纤维/复合材料行业的经济运行情况和未来的发展趋势。先来看他在报告中提到的一组数据:预计2017年玻璃纤维及其制品制造实现主营业务收入1700亿元(同比增长12%);利润总额200亿元(同比增长20%);玻璃纤维增强塑料制品制造实现主营业务收入1000亿元(同比增长12.8%);实现利润总额70亿元(同比增长0.3%)。从市场应用方面来看,各主要应用市场表现相对稳定。值得一提的是,部分热塑性复合材料在市政管网、轻质建材、建筑模板、厨卫等领域的应用实现了快速增长。
     
    CPIC 2017年客户交流会现场
     
    在热塑性复合材料的研发与生产方面,随着环保压力的持续加大,尤其是企业环保成本的增长,已经有越来越多的企业关注并转向热塑性复合材料。另一方面,随着全球研发力量的持续投入,热塑性复合材料的生产工艺与装备也在快速成熟。热塑性复合材料制品的性能指标不断提升,应用领域也在快速推广。以福建海源、郑州翎羽、河北立格、山东美尔佳为代表的长纤维增强热塑性复合材料生产企业,在前期持续研发及应用投入基础上,开始逐步进入市场扩张期,产品逐步拓展至汽车零部件、建筑模板、物流托盘、养殖场建设等领域;以广东金发、浙江华江、杭州华聚、中广核俊尔、温州家得宝、江苏奇一、芜湖科逸为代表的连续纤维增强热塑性复合材料生产企业,也已经在工艺装备与规模化生产方面取得重大突破,部分制品应用于轨道交通、房车、建材等领域。
     
    作为此次活动的主办方,CPIC在热塑性复合材料领域的创新产品也很可观。CPIC总经理助理、研发中心主任曾庆文先生在对2016~2017年CPIC玻纤新产品、新技术进行了介绍时,提到热塑性增强材料曾经历了短切纤维、通用长纤、长纤合股纱、LFRT专用长纤直接纱、高分散性长纤、使用更方便的织物等形式。目前,针对热塑性树脂的结构特性和后续的加工要求,充分利用品种多样(E-glass、ECT、TM、HT、HL)、品质稳定的玻璃,再结合专有的表面处理技术,CPIC已经成功开发出PAPBTPP、PPO、PPS、LCP等树脂专用、直径在6~13微米的短切纱,也可以提供异形纤维。“基于这些产品系列,CPIC可为客户的差异化竞争提供合适的产品、也可按客户需求开发。”曾庆文先生评论道。
     
    汽车轻量化趋势带来更多机遇
     
    汽车轻量化的趋势带动了纤维复合材料的增长。纤维复合材料具有重量轻、抗冲击性好、成型周期短、可循环利用、设计自由度高等诸多优点,是实现汽车轻量化的方法之一。上半年,我国新能源汽车产量同比增长19.7%,传统商用车产量增加超过20%,带动车用复合材料产销量持续增长。郑州翎羽的热塑性客车空调罩,杭州华聚的厢式货车用热塑板材,浙江华江的热塑性汽车内饰部件应用持续增长。LFT注塑工艺成为乘用车用热塑性复合材料结构件和功能件的主流工艺;以SMC和LFT-D两种工艺为主的电池壳体的开发在新能源车上得到批量应用。
     
    除了市场方面的机遇,来自国家政策层面的支持也很重要。在下午的交通运输分会场演讲中,中国合成树脂协会秘书长郑垲先生带来了一些最新的政策解读。他提到,未来中国将重点加快碳纤维及复合材料、高端装备关键材料、高温合金、军用新材料、新型显示及其关键材料、先进半导体材料、稀土新材料、材料基因工程创新平台的应用。
     
    目前,汽车行业的金属树脂化还是以复合材料代替金属材料为主,现阶段玻纤增强复合材料性能不断提升,逐步形成了金属树脂化用材的主要方向之一。为了促进汽车轻量化材料的研发与应用,工信部已经发文给中国合成树脂供销协会,让其牵头联合电动汽车行业和化工新材料等行业的骨干企业,共同成立轻量化新材料产业联盟和产业基金,调动更多社会力量支持轻量化材料的研发与应用。
     
    中国汽车工程学会汽车轻量化技术创新战略联盟的王利刚先生也出席了此次会议,并就中国汽车轻量化技术路径与复合材料应用发表主题演讲。整车轻量化技术路线图指出,2015-2020年间我们要实现碳纤维低成本生产工艺;2020-2025年间要实现复合材料的在线注塑、模压;2025-2030年间,要完成复合材料集成一体化、异种材料的连接技术和复合材料的回收再利用。
     
    车用材料也要“物尽其用”
     
    材料作为制造业的基础,其应用创新是制造业科技创新、转型发展的重要环节。汽车轻量化材料种类多样,那么塑料及复合材料有哪些最新的应用呢?让我们从嘉宾的演讲中一窥究竟。
     
    王利刚先生重点介绍了碳纤维增强复合材料、长玻纤增强复合材料、微发泡材料和薄壁化材料在汽车行业的应用,为观众打开了汽车轻量化实践的大门。相关机构预计,到2030年,碳纤维复合材料将成为汽车零部件的主流材料之一。在国内,各骨干汽车企业与相关高校和碳纤维生产企业联合开展了深度合作研究,目前已完成样件开发。围绕碳纤维复合材料回收再利用和降低碳纤维零件成本开展的研究工作也已经取得重要的阶段成果。
     
    增强热塑性复合材料(LGFRT)的发展也受到很多专业人士的关注。它具有比强度高、比模量高、抗冲击性好、耐热性好等优势,在汽车的半结构或结构件、集成模块零部件上将获得越来越广泛的应用。不过,相较于短纤维来说,LGFRT成型工艺更难控制,需要重点做好玻纤的均匀分散和界面结合工作。
     
    除了“名声在外”的纤维材料,工程塑料也为汽车轻量化作出了重要贡献,典型的代表就是微发泡塑料、低密度材料、薄壁化材料等。以微发泡塑料为例,它以聚合物材料为基体,是一种泡孔尺寸从小于一微米到几十微米的多孔聚合物材料。微发泡塑料可在满足制件强度要求的基础上达到轻量化的效果,因此在汽车领域的应用越来越广,主要在汽车内饰、外饰和电子电器等方面应用较多。奔驰E级轿车就采用了一次注塑成型的Mucell门内饰板骨架,中间是PU反应发泡层,表面是皮层。福特公司也在C-MAX、Grand CMAX、S-MAX、蒙迪欧和Galaxy等车型采用MuCell微发泡注塑成型技术,在零件成型过程中充入气泡,形成极为细微的蜂巢状结构,既节约了塑材,又减轻了重量,而且不会影响零件稳定性。
     
    来自中国一汽技术中心的张明远先生重点介绍了玻纤制品在一汽自主品牌中的应用。他介绍,轻量化需求和汽车产品功能需求使得玻纤在汽车上得到了广泛应用,其存在形式多样,包括:长纤、短纤、玻璃布、玻璃微珠、玻璃棉、玻璃针刺毡、玻璃无纺布等。对于乘用车而言,内饰顶棚、电池盖及壳体、电池下箱体、气门室罩盖、发动机悬置支架、油底壳、动力转向罐、发动机隔热罩、水室等部件均有玻纤的应用。据了解,一汽传统乘用车平均使用玻纤7kg,以一汽集团年产量300万辆计算,保守估计消耗玻纤2.1万吨/年。对于一汽商用车而言,SMC是一种主流工艺,假设一汽中重型车用玻纤平均为50kg,按年产10万台计算,保守计消耗玻纤达5000吨。由此可见,玻璃纤维在汽车的应用具有巨大市场和广阔的前景。
     
    现在,无论是汽车的动力总成还是电子系统,对集成度的要求都越来越高,以此来减少部件的数量,达到降本、减重的效果。尾门上同样有这样的需求,来自长安欧尚汽车研究院内外饰开发业务单元的副经理刘波博士,则以塑料尾门为例介绍了热塑性复合材料的应用与实践。据了解,塑料尾门不仅比强度大,而且集成度很高,可以将天线、高刹灯、玻璃、挡风板、尾灯、摄像头、电动尾门开关、牌照板、牌照灯等集成到一起。纵观塑料尾门的发展历史,基本上也是一路从最早的热固性塑料,到热固性塑料、热塑性塑料相结合,再到全热塑性塑料。目前,全塑尾门已经在不少车型中得到应用,一般来说,全塑尾门内板使用长玻纤增强的PP(LGF+PP),外板和扰流板使用PP或者TPO,全部使用注塑工艺成型,然后使用涂胶工艺进行装配。为了顺应全球对汽车减少燃油消耗的诉求以及排放法规越趋严格的大势,欧洲和日本的厂商对于此项技术比较热衷。从目前的情况看,未来塑料尾门肯定会越来越普及。
     
    结论
     
    汽车轻量化不是简单的材料替换。对于主机厂而言,他们关注的焦点并不是材料本身,而是材料替代对产品成本、可靠性和生产一致性和生产组织的影响有多大。无论是何种材料金沙商,都应积极考虑主机厂的使用需求,从而推动材料技术在汽车轻量化时代取得更大的进步!
     

    责任编辑: 汪庭庭

    关键词: 汽车内饰 化工 轻量化

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