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世界汽车塑料的发展趋势

来源: │ 发表时间:2018-04-26 

高性能结构材料的不断出现和广泛应用,将会有力地促进新产品向体积小、重量轻、资源省、低能耗、低成本、高效率、高利润的方向发展。
目前,国外当前研究的方向有以汽车热塑性塑料复合材料为主要课题之一。树脂材料研究的重点是不断提高材料的物理、力学性能;材料开发已从昂贵的特殊专用树脂转向低成本的普通树脂新品种体系;自增强树脂也是当前材料研发的一大热点(如SR-PP),欧洲重点放在连续层压成形和模压成形材料上,而北美关注的是注塑成型材料。
纳米复合材料的研究和开发受到广泛关注,主要有纳米层状二氧化矽、纳米碳管来增强PA、PE、PVC,介面特性改善等等。纳米增强纤维复合材料是目前新近兴起的一种纳米复合材料。欧洲目前正在研究利用纳米碳管作增强体,开发阻燃、自增强SR-PP等高性能复合材料,如聚合物、钢纤维等其他类型的增强体也受到关注。
出於环保的需要,天然纤维增强热塑性复合材料也是当前世界各国汽车塑料的一个重要研究领域。
近年来,日本各大汽车厂商、材料生产商、相关研究机构和汽车部件厂商投入了大量的人力和资金,用於新型材料的研发。经常在国际展览会上展示能够大幅减轻重量的部件、新材料和新技术。他们基本上都是通过改变①材料、②形状、③加工方法这三个途径,减轻零部件品质。今年则提出了改用树脂和泡沫等材料,在维持刚性的同时削减多余厚度,通过改进模具和思考新接合法节省现有部件的技术。
日本东丽开发出了在车辆骨架等部分采用碳纤维强化树脂(CFRP)大幅减轻了车重的电动汽车(EV)概念车“TEEWAVEAR1”。TEEWAVEAR1概念车为可上路行驶的车辆配置,各部件在制造时非常注重实用化。该车共计采用了160kg的CFRP,由此将钢板用量减轻了550kg,是“适合量产的为热可塑性树脂”,该公司的目标是“在汽车设计领域掀起一场革命”。东丽公司将碳纤维定位为“战略性扩大业务”,汽车是最有望大量应用这种材料的领域。计画通过概念车扩大汽车厂商对碳纤维的应用。
日本帝人公司开发出了采用热可塑性树脂,用1分钟时间便可成型CFRP(碳纤维强化树脂)车辆骨架部件的量产技术,并公开了采用该技术制造的车体骨架。用CFRP成型的车体骨架为轻型车尺寸,重量降低到了采用钢板时的约1/5,即47kg。部件个数为20多个。确保了骨架所必需的碰撞安全性及刚性。由於车辆地板下部确保了足够的刚性,因而省去了中柱。帝人公司与美国通用汽车公司(GM)签署了合作开发用於量产车的热可塑性CFRP(CarbonFiberReinforcedPlastics,碳纤维强化塑料)部材产品的协定。
CFRP(碳纤维复合材料)与钢板及铝合金相比,虽可大幅减轻重量,但因为成本高,此前只被用在赛车及超级车上。日本正在开发可快速且低成本制造CFRP的技术,RTM(树脂传递模塑)成型工艺,RTM工艺可使高强度高刚性的热塑性CFRP快速成型。通过成型後再向模具中注入树脂,以及在强化纤维中不使用纺织品的改进措施,来降低成本。采用该工艺每月可生产数千个CFRP部件,成型品的成本也有望降至原来的1/5~1/7。另外,使用原来的预浸料也可在5~10分钟内成型的技术也已诞生。
美国和德国是最重视环保和废气排放的,也是高分子工程塑料在汽车上应用最多和研究最深入的国家。德国戴姆勒(Daimler)与德国巴斯夫公司(BASF)在法兰克福车展(IAA2011,)上展出了共同开发的概念车“SmartForvision”。车轮采用树脂制造,与采用金属制造相比,每个轮子的重量减轻了3kg。簧下品质的减轻对於提高乘坐舒适性和(燃油经济性)有着重要的意义。
它的驾驶室骨架由CFRP(碳纤维强化树脂)制造,基体(Matrix)是环氧树脂。重量比钢制减轻了一半。而且,座椅骨架为树脂一体成形,采用了可集中加热中间部分和腰部的座椅加热器等,从而减轻了座椅的重量。据称通过加长玻璃纤维增强PA(聚醯胺)的强化纤维而增大了强度。强度和耐久性均达到了可应用于量产车的水准。