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“雙碳”及電動(dòng)汽車(chē)大增長(zhǎng)背景下，車(chē)用材料的方向有哪些？
所屬分類(lèi)：行業(yè)資訊點(diǎn)擊次數(shù)：1329 次發(fā)布日期：2022-01-07 15:37
我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過(guò)了多年高速增長(zhǎng)后，正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和技術(shù)升級(jí)的新時(shí)期。在“雙積分”法規(guī)以及新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策的雙重驅(qū)動(dòng)下，車(chē)用材料也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。傳統(tǒng)以鋼為主的汽車(chē)用材結(jié)構(gòu)，正向鋼鋁混合、全鋁車(chē)身、塑料復(fù)合材料和鎂合金等多材料混合應(yīng)用的趨勢(shì)發(fā)展。
整體來(lái)看，在全球節(jié)能與環(huán)保的大勢(shì)所趨下，汽車(chē)材料的應(yīng)用和發(fā)展始終圍繞著“綠色、低碳、輕量化”這一大方向。接下來(lái)，我們對(duì)車(chē)用改性塑料、碳纖維復(fù)合材料、碳陶復(fù)合材料等輕量化材料，以及低碳橡膠材料等綠色低碳材料進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)汽車(chē)材料的工藝技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行闡述。
從車(chē)用塑材開(kāi)發(fā)的新需求來(lái)講，主要技術(shù)包括輕量化、復(fù)材、美學(xué)技術(shù)、創(chuàng)新功能、創(chuàng)新彈性體、創(chuàng)新特種材料等。
其中輕量化的一個(gè)方向是薄壁化的工程，比如保險(xiǎn)杠慢慢過(guò)渡到更薄的，既能實(shí)現(xiàn)減重，又能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高。還有一個(gè)輕量化的方案就是微發(fā)泡，包括成型方式，有一次性的欠注，還有滿(mǎn)注成型，再通過(guò)松退，實(shí)現(xiàn)中間層的發(fā)泡，類(lèi)似于三明治的結(jié)構(gòu)。
對(duì)于微孔發(fā)泡主要有注塑微發(fā)泡、吹塑微發(fā)泡和擠出微發(fā)泡等，注塑微發(fā)泡適用于各種汽車(chē)內(nèi)外飾件，如車(chē)身門(mén)板、尾門(mén)、風(fēng)道等；擠出微發(fā)泡適用于密封條、頂棚等；吹塑微發(fā)泡適用于汽車(chē)風(fēng)管等。利用微發(fā)泡技術(shù)可使PP制品的質(zhì)量減少約10%～20% ，較傳統(tǒng)材料在部件上可實(shí)現(xiàn)最高50%的減重。
增強(qiáng)材料中對(duì)高性能玻纖的使用，可以使材料有10%-20%的性能提升。它長(zhǎng)期的耐疲勞性表現(xiàn)也很好，甚至超越了長(zhǎng)玻纖的材料。
全塑車(chē)身結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方面，以尾門(mén)為例，內(nèi)板和外板用聚丙烯改性的材料，通過(guò)焊接的方式，實(shí)現(xiàn)整體的減重。其中內(nèi)板還要考慮更多，比如鋼度、強(qiáng)度、耐疲勞性，甚至要求有很好的散發(fā)特性。
去年我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，倒逼CFRP (碳纖維復(fù)合材料)在量產(chǎn)車(chē)型的應(yīng)用步伐加快。
當(dāng)前我國(guó)碳排放達(dá)110億噸，其中電力占40%，汽車(chē)碳排放占7%，石油(70%用于汽車(chē)燃油)占15%，汽車(chē)節(jié)能降耗減排迫在眉睫，任重道遠(yuǎn)。而輕量化是節(jié)能減排的必由之路，CFRP因其高性能低密度的優(yōu)勢(shì)，將成為汽車(chē)輕量化的重要途徑之一。
目前，汽車(chē)主機(jī)廠、零部件企業(yè)、材料供應(yīng)商、碳纖維制造企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)等，均認(rèn)同碳纖維在汽車(chē)輕量化的重要作用和發(fā)展前景。其中很多主機(jī)廠已經(jīng)從研發(fā)樣件、樣車(chē)，到尋求量產(chǎn)車(chē)型應(yīng)用碳纖維的整體解決方案，比如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自動(dòng)化量產(chǎn)、批量應(yīng)用示范等。
碳/陶復(fù)合材料是由碳纖維、陶瓷纖維及其織物作為增強(qiáng)相，以石英、長(zhǎng)石、碳化硅等陶瓷作為基體相的一類(lèi)復(fù)合材料的總稱(chēng)。
碳/陶材料不僅具有高性能陶瓷的高強(qiáng)度、高模量、高硬度、耐沖擊、抗氧化、耐高溫、耐酸堿和所有化學(xué)物質(zhì)腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、比重輕等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還完全克服了一般陶瓷材料的脆性大、功能單一等缺點(diǎn)，是世界上公認(rèn)的理想的高溫結(jié)構(gòu)材料、摩擦材料以及深冷材料，碳陶復(fù)合材料可在乘用車(chē)制動(dòng)盤(pán)上取得應(yīng)用。
乘用車(chē)碳陶制動(dòng)盤(pán)目前問(wèn)題是高成本，限制了乘用車(chē)碳陶盤(pán)的推廣和應(yīng)用，目前國(guó)產(chǎn)碳陶盤(pán)應(yīng)用主要集中在改裝車(chē)。實(shí)現(xiàn)碳陶盤(pán)的低成本制備，可以從五個(gè)維度著手。
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首先是原材料方面，碳陶盤(pán)原材料成本大部分源自碳纖維，這部分可以通過(guò)優(yōu)化碳纖維的牌號(hào)和含量來(lái)實(shí)現(xiàn)原材料成本的降低。
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其次是制備工藝方面，長(zhǎng)纖盤(pán)制備周期長(zhǎng)主要受限于熱工藝，可以通過(guò)開(kāi)發(fā)多料柱限域CVI工藝和快速熔融工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)周期的大幅度降低。
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第三是智能化方面，陶瓷組分的存在使碳陶盤(pán)加工難度大和加工效率低。通過(guò)智能化在線(xiàn)檢測(cè)和生產(chǎn)可以大幅度提高生產(chǎn)效率，進(jìn)一步降低成本。
4 第四是新工藝和新方法方面，也有很多工作可以做。當(dāng)前長(zhǎng)纖盤(pán)預(yù)制體是從方板上面切割下來(lái)，這樣會(huì)形成中間和四個(gè)角五塊余料，導(dǎo)致整個(gè)原材料的利用率非常低。 5 第五個(gè)方面是能源價(jià)格。因?yàn)橹苽涮继毡P(pán)熱工藝所需的溫度高且時(shí)間長(zhǎng)，用電量是非常大的，所以如果能夠爭(zhēng)取到優(yōu)惠的能源專(zhuān)項(xiàng)價(jià)格，對(duì)于碳陶盤(pán)的成本降低非常有幫助。
因?yàn)檩喬ヒ灿斜容^嚴(yán)重的碳排放問(wèn)題。所以作為新一代輪胎，也要實(shí)現(xiàn)綠色化。
而對(duì)于智能化來(lái)說(shuō)，特別是智能駕駛、智能座艙等，對(duì)智能材料從集成性、功能性、裝飾性三大方面也提出了更高的要求。未來(lái)要打造個(gè)性化的需求，所以在智能方面的材料技術(shù)，如介電材料、電磁屏蔽材料、表面交互材料、高減震的材料等，需求大幅提升。
從目前的整車(chē)材料分布比例來(lái)看，整車(chē)構(gòu)成材料種類(lèi)高達(dá)40多種，其中，金屬材料占比72%，非金屬材料包括油漆、輪胎等相關(guān)材料占比28%。從整車(chē)材料發(fā)展趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，今后的重點(diǎn)發(fā)展方向是輕量化，在這方面也提出了比較高的要求。現(xiàn)在輕量化方面還是主要圍繞上裝和下裝的開(kāi)發(fā)，以及電池包的輕量化，比如混合車(chē)身、鋁材料底盤(pán)、SMC材料等。
另外，在車(chē)內(nèi)內(nèi)飾部分，因?yàn)橐嵘恍┦孢m，所以像透光皮革，也成為未來(lái)內(nèi)飾發(fā)展的趨勢(shì)。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了透光表皮中控扶手，能夠滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)整個(gè)區(qū)域軟處包覆的要求。
汽車(chē)材料工藝技術(shù)現(xiàn)階段的實(shí)現(xiàn)路徑主要包含結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及高強(qiáng)鋼、輕金屬、工程塑料、復(fù)合材料及其相關(guān)的各種成形工藝技術(shù)，而未來(lái)的發(fā)展方向則要聚焦與優(yōu)化設(shè)計(jì)和多材料混合應(yīng)用。
