車用塑料未來(lái)趨勢(shì)：輕量化、舒適性和環(huán)保（完整版）

“CPRJ車用塑料技術(shù)論壇”在上周成功舉辦，本文總結(jié)了多位專家在期間就汽車輕量化趨勢(shì)所發(fā)表的見(jiàn)解和分享。

輕量化的四個(gè)方向

浙江吉利汽車研究院有限公司NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）及環(huán)保性能開(kāi)發(fā)部總工程師熊飛介紹了輕量化技術(shù)在吉利汽車的實(shí)踐。熊飛提出，輕量化作為一門(mén)綜合學(xué)科，與材料、安全、耐久、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、連接技術(shù)、NVH、操穩(wěn)等核心技術(shù)緊密結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)汽車減重，同時(shí)兼顧產(chǎn)品功能、成本及質(zhì)量等要素。非金屬材料在汽車輕量化上的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，概況起來(lái)可以劃分為四個(gè)方向：“以塑代鋼”輕量化、模塊化與集成化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化輕量化、材料的輕量化新應(yīng)用。

粵高分子與熊工的合影

以塑代鋼輕量化，如塑料后橫梁的最新設(shè)計(jì)方案——塑料復(fù)合材料橫梁重量?jī)H為2kg，不僅實(shí)現(xiàn)50%的減重效果，還能夠滿足安全性能要求。塑料翼子板的開(kāi)發(fā)也帶來(lái)諸多效益，如實(shí)現(xiàn)40%的減重效果，滿足特殊的翼子板造型需求，優(yōu)良的低速?zèng)_擊性能，能夠滿足行人保護(hù)法規(guī)要求，而且性能更優(yōu)。

模塊化設(shè)計(jì)、模塊化生產(chǎn)，也是眾多國(guó)內(nèi)外車企一直追求的方向之一。目前很多部件及系統(tǒng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，如側(cè)門(mén)系統(tǒng)、儀表臺(tái)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等，近年，前端模塊成為車企模塊化關(guān)注熱點(diǎn)之一。熊飛介紹說(shuō)，2008年，前端模塊為全金屬結(jié)構(gòu)，超過(guò)15個(gè)零件組成，到2014年，全塑框架、局部金屬嵌件增強(qiáng)的集成化模塊前端結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)30%的減重效果，并大量減少零件，而且采用PP-LFT材料，成本低。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化也帶來(lái)輕量化效果。如保險(xiǎn)杠的薄壁化開(kāi)發(fā)，常規(guī)的設(shè)計(jì)為3.0MM壁厚；采用普通的PP滑石粉材料；單件重量4~5kg，現(xiàn)在市場(chǎng)上已出現(xiàn)2.5、2.0mm壁厚。吉利采用2.5mm壁厚設(shè)計(jì)，高剛性PP材料，單件減重10-15%，總計(jì)減重0.8kg，成本降低。但是，薄壁化開(kāi)發(fā)也面臨諸多挑戰(zhàn)：減薄后產(chǎn)品的成型問(wèn)題；減薄后可能導(dǎo)致產(chǎn)品的剛性下降；減薄后導(dǎo)致的產(chǎn)品強(qiáng)度降低。需要通過(guò)提高材料熔體指數(shù)，增加流動(dòng)性，由現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)提高到30g/10min以上，解決可能充不滿、注射壓力大、注射溫度高等問(wèn)題；以及提高材料模量，通過(guò)技術(shù)分析，適當(dāng)?shù)奶岣邚澢Ａ浚梢越鉀Q因減薄帶來(lái)的強(qiáng)度和剛度下降問(wèn)題。

材料的新應(yīng)用也可實(shí)現(xiàn)輕量化，如塑料玻璃在汽車玻璃上有一定的應(yīng)用可能，塑料背門(mén)車窗比無(wú)機(jī)玻璃減重44%。

北汽福田汽車股份有限公司工程研究總院非金屬材料室主管工程師尚紅波介紹說(shuō)，其車型油箱基本實(shí)現(xiàn)以塑代鋼材料的優(yōu)化和切換，如歐曼GTL超能版車型油箱通過(guò)以塑代鋼減重25KG。塑料油箱總成重量為鐵油箱的1/3左右，降低了整車重量和油耗。除輕量化外，還帶來(lái)諸多好處：一次吹塑成型，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高；油箱造型自由，可以成型出形狀復(fù)雜的異形產(chǎn)品；內(nèi)外部均耐腐蝕；克服了金屬油箱不耐沖擊的缺點(diǎn)；塑料油箱由于3min的阻燃性能，可在2min火中燒烤，無(wú)燃油流出，不會(huì)由于油箱的傳熱性能造成油箱爆炸；材料本身具有抗靜電性能，油箱不受靜電影響；一次成型，不受燃油腐蝕，內(nèi)部清潔度高；壽命長(zhǎng)（20年）。

廣汽研究院車身工程部外飾與附件科科長(zhǎng)王琛也著重介紹了前端模塊的應(yīng)用技術(shù)，他說(shuō)：“廣汽研究院已經(jīng)在A平臺(tái)首款車型中應(yīng)用前端模塊技術(shù)，并在該平臺(tái)后續(xù)車型中展開(kāi)應(yīng)用。B平臺(tái)后續(xù)車型也已經(jīng)開(kāi)始將鈑金零件替換塑料前端骨架?！蓖蹊≈?，除大眾外，寶馬、通用、奔馳、雷諾、標(biāo)志等眾多歐美企業(yè)已經(jīng)成熟應(yīng)用前端模塊技術(shù)，現(xiàn)代集團(tuán)也已經(jīng)在10年前新平臺(tái)車型均采用，日系日產(chǎn)、馬直達(dá)等、自主品牌華晨、一汽奔騰、廣汽等都已經(jīng)有平臺(tái)車型應(yīng)用。今后，隨著眾多主機(jī)廠、產(chǎn)品供應(yīng)商、材料供應(yīng)商在此技術(shù)上的投入及應(yīng)用，該技術(shù)勢(shì)必迎來(lái)新的發(fā)展。

博祿汽車事業(yè)部應(yīng)用市場(chǎng)經(jīng)理孫為則介紹了輕量化創(chuàng)新材料解決方案，博祿首先通過(guò)五步法保證材料的環(huán)保性能，降低VOC排放，主要是原材料選擇、配方設(shè)計(jì)、改性工藝、后處理、與客戶的合作共享。通過(guò)博祿綠色材料的應(yīng)用和相關(guān)的設(shè)計(jì)，幫助車企實(shí)現(xiàn)輕量化。他舉例說(shuō)，大眾高爾夫7上的儀表盤(pán)使用了博祿材料后，與原設(shè)計(jì)相比減輕了0.5KG，其他性能也得到優(yōu)化。

創(chuàng)新工藝

新材料的應(yīng)用最終離不開(kāi)工藝的創(chuàng)新，當(dāng)前，玻纖、碳纖增強(qiáng)熱塑性材料在汽車的應(yīng)用也是一大熱門(mén)話題。阿博格機(jī)械（上海）有限公司工藝部高級(jí)工程師陳遙針對(duì)這一話題介紹了長(zhǎng)玻纖直接注塑工藝。

阿博格這一技術(shù)最大的特點(diǎn)是：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的送料裝置將纖維直接送入熔化的塑料，并將連續(xù)纖維切成15-50 毫米長(zhǎng)度，設(shè)備配有兩級(jí)螺桿：熔化塑料粒料；送入纖維，均勻混合。應(yīng)用這一工藝，所有普通的塑料都能隨意調(diào)配玻纖增強(qiáng)配方；還具有投資成本低：2500KN及以上鎖模力的標(biāo)準(zhǔn)注塑機(jī)即可；靈活機(jī)動(dòng)：任何時(shí)候都可轉(zhuǎn)換成普通的料筒進(jìn)行注塑成型；快速整合：由于側(cè)邊送料裝置的封閉結(jié)構(gòu),可廣泛的應(yīng)用在各種ALLROUNDER上；高彈性輕量化產(chǎn)品：使用機(jī)器人埋入有機(jī)板進(jìn)行自動(dòng)化注塑生產(chǎn)。

德國(guó)Kiefel公司汽車/家電事業(yè)部總監(jiān)安德列亞斯?弗里希介紹了公司應(yīng)用于汽車內(nèi)飾表面裝飾的技術(shù)，如真空復(fù)合設(shè)備和壓力復(fù)合設(shè)備，前者包括KL-series單工位KL系列、多工位KLS與KLV系列以及旋轉(zhuǎn)工位KDT系列熱成型機(jī)，后者典型應(yīng)用包括門(mén)板插件、門(mén)扶手、門(mén)上護(hù)板、中控臺(tái)、行李箱襯板、各類覆蓋件、儀表板等。

他說(shuō)：“作為熱成型系統(tǒng)供應(yīng)商，我們提供從協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計(jì)到最終成品整個(gè)過(guò)程的服務(wù)，并專注于效率提升和高品質(zhì)模具的設(shè)計(jì)和制造迎合高產(chǎn)量汽車內(nèi)飾件的要求，并將材料消耗降到最低?！弊鳛闊岢尚驮O(shè)備行業(yè)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，KIEFEL從60年代早期就開(kāi)始生產(chǎn)真空復(fù)合設(shè)備及模具。

車用內(nèi)飾件三個(gè)大趨勢(shì)，分別是輕量化、舒適性和環(huán)保

在“CPRJ車用塑料技術(shù)論壇”上，其中一個(gè)主題是汽車內(nèi)飾及VOC控制。根據(jù)多位專家的演講及最新技術(shù)介紹，可以肯定在當(dāng)前車用內(nèi)飾件的關(guān)注熱點(diǎn)中，有三個(gè)大趨勢(shì)，分別是輕量化、舒適性和環(huán)保。

蜂窩板結(jié)構(gòu)漸被采用最新3D熱燙印效果出眾

延鋒汽車飾件系統(tǒng)有限公司材料工程師馬麗指出，內(nèi)飾件輕量化的主要技術(shù)有薄壁注塑和發(fā)泡注塑，而蜂窩板結(jié)構(gòu)（蜂窩紙板被兩層玻纖－聚氨酯增強(qiáng)層夾在中間）也已經(jīng)逐漸被廣泛采用。除了輕量化，蜂窩板結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)還包括高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、高機(jī)械性能，而且低揮發(fā)；此外，這種結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過(guò)程快速，也容易和織物復(fù)合。

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車的要求越來(lái)越高，舒適性也越被重視，帶動(dòng)了多種色彩、超軟觸感和多種紋理等相關(guān)風(fēng)潮，而雙色搪塑、雙色表皮拼接是現(xiàn)時(shí)比較流行的技術(shù)。其中，在進(jìn)行雙色表皮拼接發(fā)泡時(shí)，難點(diǎn)在于兩片表皮的拼接位置是裝飾燈光的反光面，位置要求高。馬麗建議，解決方法是在模具和表皮上分別設(shè)計(jì)定位特征，使產(chǎn)品外觀不會(huì)出現(xiàn)輪廓缺陷。

環(huán)保方面，馬麗特別介紹了最近才發(fā)展出來(lái)的3D熱燙印技術(shù)。這種最新技術(shù)的概念是利用專用的金屬燙印版，通過(guò)加熱、加壓的方式將燙印箔轉(zhuǎn)移到承印材料表面；其特點(diǎn)是電鍍件的外觀效果出眾，而且加工過(guò)程環(huán)保；適用場(chǎng)合則包括飾圈、飾條等。

在法規(guī)方面，業(yè)內(nèi)的最新法規(guī)是剛于今年六月一日起實(shí)施的GB/T30512-2014汽車禁用物質(zhì)要求，其目的是限值環(huán)境危害物質(zhì)的使用，提高車用材料的可回收性。針對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)及進(jìn)口銷售的車輛，有關(guān)法規(guī)規(guī)定均質(zhì)材料中六類物質(zhì)雜質(zhì)的含量上限：汞、六價(jià)鉻、鉛、鎘、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚。

對(duì)于國(guó)內(nèi)與國(guó)外在車用內(nèi)飾件制造技術(shù)水平，馬麗表示，現(xiàn)時(shí)兩者之間仍有一定的差距，尤其是在制造精密產(chǎn)品方面。她認(rèn)為，雖然國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)在研發(fā)方面的投入已經(jīng)比以前更多，但仍然需要再加大力度。此外，因?yàn)楣?yīng)鏈內(nèi)每個(gè)環(huán)節(jié)都互相影響，所以國(guó)內(nèi)整個(gè)汽車行業(yè)必需一起進(jìn)步努力，才能縮短與國(guó)外的技術(shù)差距。

玻纖成內(nèi)飾材料趨勢(shì)熱流道設(shè)計(jì)推陳出新

由于玻纖有耐高溫和高強(qiáng)度特性，可以提高材料的耐熱溫度和剛性，其在內(nèi)飾所占的比例和重要性正在增加。添加玻纖對(duì)注塑的影響，是材料的流動(dòng)性變差，注塑溫度和壓力需要增加很多，而使用熱流道可以進(jìn)行改善。

浙江恒道科技有限公司設(shè)計(jì)部部長(zhǎng)楊峨鋒指出，熱流道能保持材料一直在最佳的熔融狀態(tài)，減少熱量流失，從而保證塑料的流動(dòng)性。由于熱流道自身能夠提供熱量，所以不需要注塑機(jī)提供額外的溫度。

在應(yīng)用熱流道時(shí)，該公司會(huì)因應(yīng)不同材料，運(yùn)用不同結(jié)構(gòu)的噴嘴和嘴蕊材料；就溫度敏感的材料，會(huì)運(yùn)用短嘴蕊結(jié)構(gòu)，而長(zhǎng)玻纖材料，則會(huì)運(yùn)用梭形結(jié)構(gòu)。

楊峨鋒解釋，玻纖的加入會(huì)使熱流道的用材和設(shè)計(jì)方案有所不用，即用材上需要用高耐磨和高耐腐材料，設(shè)計(jì)上則需要盡量擴(kuò)大流道，并盡量采用直通式開(kāi)放結(jié)構(gòu)，減少流動(dòng)壓力損失和減低長(zhǎng)玻纖的折斷概率。不過(guò)，他強(qiáng)調(diào)，熱流道沒(méi)有最好的結(jié)構(gòu)，只有更好的選擇和運(yùn)用。

德馬格塑料機(jī)械（寧波）有限公司也提到，汽車行業(yè)產(chǎn)品的成型要求高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，強(qiáng)調(diào)機(jī)械強(qiáng)度和尺寸的穩(wěn)定性；對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備來(lái)說(shuō)，重復(fù)精度要高，而且要有能力更好的保護(hù)模具，以及具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。在處理工程材料、高玻纖時(shí)，設(shè)備供貨商在螺桿方面必需具有核心能力。

所以，該公司為針對(duì)汽車行業(yè)所提供的產(chǎn)品系列，包括全液壓機(jī)Systec、油電混合動(dòng)力El-Exis和全電機(jī)IntElect，都能夠滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量表面成型，高而穩(wěn)定的壓力控制和低速射出性能，則可以精準(zhǔn)控制尺寸、重量和厚壁。

從材料源頭進(jìn)行VOC控制袋子法檢測(cè)能力仍較高

上海錦湖日麗塑料有限公司的工程師費(fèi)軍則提醒，車用內(nèi)飾件塑料化的趨勢(shì)有機(jī)會(huì)導(dǎo)致散發(fā)性（VOC）高的塑料的大量使用，而從材料源頭進(jìn)行管控才是改善車內(nèi)空氣質(zhì)量的治本方法。

針對(duì)內(nèi)飾的散發(fā)問(wèn)題，該公司開(kāi)發(fā)了超低散發(fā)內(nèi)飾塑料品牌“塑可凈”（C-Clear），其總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）散發(fā)小于12μgC/g（第二代小于10μgC/g，屬于行業(yè)上率先提出并產(chǎn)業(yè)化的超低散發(fā)PC/ABS塑料，可應(yīng)用于多種內(nèi)飾件，包括儀表罩、儀表板骨架、排檔面板、空調(diào)出風(fēng)口面框、內(nèi)后視鏡外殼和內(nèi)門(mén)拉手等，并已經(jīng)取得通用、福特全球認(rèn)證，將會(huì)在其新車型上應(yīng)用。

在VOC測(cè)試方面，根據(jù)冠標(biāo)（上海）檢測(cè)技術(shù)有限公司VOC測(cè)試資深工程師郭小芳和長(zhǎng)春富雅－江森自控汽車飾件系統(tǒng)有限公司高分子材料工程師李志峰的介紹，現(xiàn)時(shí)的方法主要有袋子法（零部件總成）和VDA278/VDA275（材料）測(cè)試。其中郭小芳解釋，兩種測(cè)試方式的檢測(cè)物質(zhì)均含整車關(guān)注的八項(xiàng)物質(zhì)，差異在于測(cè)試溫度、時(shí)間、限值和檢出能力。

袋子法的測(cè)試溫度為65℃、時(shí)間為2小時(shí)；VDA275是60℃、3小時(shí)；VDA278是90℃、30分鐘。袋子法的檢出能力約為VDA278/VDA275的20倍，這種情況會(huì)導(dǎo)致相同材料用袋子法檢測(cè)時(shí)會(huì)有較高的檢出值。該公司已經(jīng)開(kāi)展了關(guān)于醛酮VDA275的測(cè)試研究，提高方法檢出能力。

來(lái)源：CPRJ橡塑網(wǎng)，圖片來(lái)源：本次大會(huì)合作媒體：高分子論壇 拍攝：粵高分子

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