尋找減重的可能 ――通過材料來增強汽車性能
美國能源部與美國汽車研究委員會(USCAR)于2005年宣布了一項價值7000萬美元的五年協議,來開發包括聚合物為基材的復合材料在內的輕質高強度材料。通過降低車輛重量能提高燃料效率,而又無損安全性。據估計,汽車重量每減輕10%,就會節省5%-7%的燃料。USCAR稱象碳纖/ 聚合物復合物一類的新材料能減輕重量25%-70%。研究將包括鋁、鎂和鈦之新合金的開發。
盡管降低成本仍然是汽車設計與工程企業所面臨的大挑戰,但以顧客為中心、為汽車提供終成本效益價值的創新顯得越來越重要。
汽車應用的復合工程材料在所用材料的數量與所制復合物的品種兩個方面贏得了一致的增長。與相同結構性能的鋼材相比,復合材料一般可減輕部件的重量在35%左右。低密度與超低密度片狀成型復合材料(SMC)的進展提供了更多的潛力,在重量減輕與強度方面達到甚至超過了鋁材,整體成本又通常更低。
除了車身板以外,復合材料還被用于車窗增強物、保險杠、前燈架、承重板、中后擋板增強物之中。復合材料也被更多地應用于引擎罩內部件之中,如引擎罩,因為它們能承受引擎艙內的高溫,而同時成本要比鎂和鋁低得多。
SMC材料車廂成為貨車標準
本田全新2006版Ridgeline中型貨車的標準特征是SMC材料的底座。復合材料底座在下部有一個8.5立方英尺大小、可上鎖、防風雨的儲存廂,它能放得下三套高爾夫球桿和備胎。Meridian汽車公司做的部件用的是Ashland Specialty Chemical公司的材料。Ridgeline從設計開始就是要用復合材料,不象其它一些復合材料的貨車車箱是由鋼箱款式轉變過來的。
豐田塔科馬車型也以標準配置的SMC放貨臺為特色。它是由ThyssenKrupp-Budd公司利用結構級黑色SMC材料壓塑而成的。此種單件復合箱體有助于豐田降低模具成本,與傳統鋼箱結構相比減少了一半,而重量節省了10%,完成模具的時間至少壓縮了15周。
熱塑性材料外面板
戴姆勒克萊斯勒smart車的輕質(2.5kg)光亮塑料擋泥板是PC和PBT與著色劑的混合物注塑而成的,速度為75秒。Dynamit Nobel生產出它們是利用了39噸的模具,并結合了激冷,就是在短暫時間間隔之下讓水強制通過冷卻通道,保證快速均勻的冷卻。這種新型"forfour"車型的車篷除了鉸鏈以外完全是由塑料制成,重量僅為6.8kg。"forfour"的四個側門被設計得能從B柱開始前后膨脹(幅度多達3mm),功能不會有任何的損失。GE Advanced Materials公司為汽車外面板已經開發出了兩種新型熱塑料技術平臺。高模量可塑性(HMD)和高性能熱塑性復合材料(HPPC)能實現大型車身面板的更輕重量、靈活設計、更高可成型性和沖擊保護。HMD產品可解決材料流動局限性所產生的技術和設計局限性,提高熱膨脹系數(CTE),令這種材料能表現得象鋼和鋁一樣。HPPC也具有極好的CTE性能,可形成A級的表面,非常適合于水平車身面板的用途,與金屬相比重量能減輕一半。
赫斯基注塑系統公司推出了專為經濟高效生產大型內外面板的機械,名為Quadloc-Tandem- Index (QTI),該系統融入了赫斯基的Tandem雙模概念。它能提供一個完整的部件,質量更好,成本更低,所需后續裝配更少。套QTI系統被供應給Lear公司。
蘇威公司開發出透明高溫聚合物,適合用于需要高耐熱性的汽車與其它用途之中。SupradelTM HTS據稱可提供市場上透明無定形熱塑性聚合物的高耐熱性。此材料被認為在部件形狀復雜或空間偏差嚴格的應用中,能提供相比于玻璃填充PEEK更高的空間可控性。
創造柔軟觸覺 有柔軟觸覺的保護層已經在汽車內飾件中受到歡迎。它們被用于控制臺、儀表板和其它塑料部件中,傳遞出一種質感。拜耳開發出了原材料,生產具有極高防水解性的軟質保護層。由Bayhydrolㄖ瞥傻謀;げ慵詞貢┞對諼露?0℃、相對濕度95%的條件下,幾天之后,仍保持穩定,滿足汽車業近來變得嚴格的法規要求。
北歐化工為沖擊保護和汽車座椅推出了“軟泡”材料。Daploy WB260HMS是一種高熔體強度的PP,滿足軟泡應用中對更高性能的更多要求。該材料能經濟地生產出低密度軟質PP閉室泡沫,所具有的性能是其它聚合物所不能獲得的。用標準發泡擠出機械進行加工,它有著比傳統PP更寬的發泡溫度范圍。
車頭組件
OEM廠家仍然喜歡應用車頭組件。完全裝配而成的組件集合有保險杠、格柵加固件、散熱器和其它冷卻系統部件、以及車前燈。 GE為車頭系統已經開發出材料,對行人有更大的保護。新型車頭安全概念拜耳的PC/PET混合物Makroblend?DP 7645已經被成功用于大量生產奧迪和大眾汽車的散熱格柵。帕薩特的格柵是用Makroblend成型的,然后以單層漆完工。該材料具有良好的硬度和耐熱性,以及低溫下(至-40℃)出眾的沖擊強度和對常見車用化學品的良好抵抗性。它也能滿足對更高行人沖擊保護的需求。格柵的鍍鉻邊框是用PC/ABS Bayblend?T45PG (電鍍級)做成的。
引擎罩內部應用
由MAN Nutgzfahrzeuge AG制造、用于6缸引擎的一米長硬質變速桿罩是由羅地亞工程塑料公司的礦物填充和玻璃增強Technyl R A218 MT15 V25尼龍66成型出來的。這個大型部件的內部帶有肋材,降低了共鳴和噪音。Technyl產品提供了良好的硬度和較低的收縮性、熱變形和蠕變性。因為熔體流道長,而且肋材多,Technyl也具有良好的流動性。
沃爾沃CX90 SUV的V6引擎用新罩子是利用帝斯曼工程塑料公司Akulon R UltraFlow R尼龍6而成型出來的。該材料由10%的玻璃和20%的礦物填充而成,被選擇用于成型面積大的薄壁部件,而相比于PP或尼龍66等競爭性材料,周期時間更短、工程性能更佳、外觀更好。作為引擎罩內部的可視部件,引擎蓋必須滿足表面質量、成型質量和長期高溫下防變形的嚴格要求。
福特F系列柴油發動機渦輪增壓器的大型整塊吸氣管是由杜邦Hytrel R熱塑性彈性體吹塑而成的。這種復雜的導管取代了四個鋁質和硅膠部件,消除了可能的泄料道,將工裝、人工和整體成本降低了三分之一。這種導管提高了渦輪增壓器和引擎入口之間的氣流,使引擎性能更好,它利用了名為三維連續共擠吹塑的計算機控制工藝。選擇Hytrel是因為在冷啟動冰點溫度時它保持了柔韌性,同時又可承受300°F的高溫和高操作壓力。
德爾福公司選擇GE公司的Noryl R柔性樹脂作為汽車電氣系統的線纜護層,目的是要滿足OEM廠家對高性能、無鹵和阻燃材料的需求。Noryl可提供比PVC和交聯PE更好的性能,是薄壁和極薄壁護層的理想可用材料,它降低了重量和尺寸,滿足部件無鹵、無氯和無鉛的要求。
盡管降低成本仍然是汽車設計與工程企業所面臨的大挑戰,但以顧客為中心、為汽車提供終成本效益價值的創新顯得越來越重要。
汽車應用的復合工程材料在所用材料的數量與所制復合物的品種兩個方面贏得了一致的增長。與相同結構性能的鋼材相比,復合材料一般可減輕部件的重量在35%左右。低密度與超低密度片狀成型復合材料(SMC)的進展提供了更多的潛力,在重量減輕與強度方面達到甚至超過了鋁材,整體成本又通常更低。
除了車身板以外,復合材料還被用于車窗增強物、保險杠、前燈架、承重板、中后擋板增強物之中。復合材料也被更多地應用于引擎罩內部件之中,如引擎罩,因為它們能承受引擎艙內的高溫,而同時成本要比鎂和鋁低得多。
SMC材料車廂成為貨車標準
本田全新2006版Ridgeline中型貨車的標準特征是SMC材料的底座。復合材料底座在下部有一個8.5立方英尺大小、可上鎖、防風雨的儲存廂,它能放得下三套高爾夫球桿和備胎。Meridian汽車公司做的部件用的是Ashland Specialty Chemical公司的材料。Ridgeline從設計開始就是要用復合材料,不象其它一些復合材料的貨車車箱是由鋼箱款式轉變過來的。
豐田塔科馬車型也以標準配置的SMC放貨臺為特色。它是由ThyssenKrupp-Budd公司利用結構級黑色SMC材料壓塑而成的。此種單件復合箱體有助于豐田降低模具成本,與傳統鋼箱結構相比減少了一半,而重量節省了10%,完成模具的時間至少壓縮了15周。
熱塑性材料外面板
戴姆勒克萊斯勒smart車的輕質(2.5kg)光亮塑料擋泥板是PC和PBT與著色劑的混合物注塑而成的,速度為75秒。Dynamit Nobel生產出它們是利用了39噸的模具,并結合了激冷,就是在短暫時間間隔之下讓水強制通過冷卻通道,保證快速均勻的冷卻。這種新型"forfour"車型的車篷除了鉸鏈以外完全是由塑料制成,重量僅為6.8kg。"forfour"的四個側門被設計得能從B柱開始前后膨脹(幅度多達3mm),功能不會有任何的損失。GE Advanced Materials公司為汽車外面板已經開發出了兩種新型熱塑料技術平臺。高模量可塑性(HMD)和高性能熱塑性復合材料(HPPC)能實現大型車身面板的更輕重量、靈活設計、更高可成型性和沖擊保護。HMD產品可解決材料流動局限性所產生的技術和設計局限性,提高熱膨脹系數(CTE),令這種材料能表現得象鋼和鋁一樣。HPPC也具有極好的CTE性能,可形成A級的表面,非常適合于水平車身面板的用途,與金屬相比重量能減輕一半。
赫斯基注塑系統公司推出了專為經濟高效生產大型內外面板的機械,名為Quadloc-Tandem- Index (QTI),該系統融入了赫斯基的Tandem雙模概念。它能提供一個完整的部件,質量更好,成本更低,所需后續裝配更少。套QTI系統被供應給Lear公司。
蘇威公司開發出透明高溫聚合物,適合用于需要高耐熱性的汽車與其它用途之中。SupradelTM HTS據稱可提供市場上透明無定形熱塑性聚合物的高耐熱性。此材料被認為在部件形狀復雜或空間偏差嚴格的應用中,能提供相比于玻璃填充PEEK更高的空間可控性。
創造柔軟觸覺 有柔軟觸覺的保護層已經在汽車內飾件中受到歡迎。它們被用于控制臺、儀表板和其它塑料部件中,傳遞出一種質感。拜耳開發出了原材料,生產具有極高防水解性的軟質保護層。由Bayhydrolㄖ瞥傻謀;げ慵詞貢┞對諼露?0℃、相對濕度95%的條件下,幾天之后,仍保持穩定,滿足汽車業近來變得嚴格的法規要求。
北歐化工為沖擊保護和汽車座椅推出了“軟泡”材料。Daploy WB260HMS是一種高熔體強度的PP,滿足軟泡應用中對更高性能的更多要求。該材料能經濟地生產出低密度軟質PP閉室泡沫,所具有的性能是其它聚合物所不能獲得的。用標準發泡擠出機械進行加工,它有著比傳統PP更寬的發泡溫度范圍。
車頭組件
OEM廠家仍然喜歡應用車頭組件。完全裝配而成的組件集合有保險杠、格柵加固件、散熱器和其它冷卻系統部件、以及車前燈。 GE為車頭系統已經開發出材料,對行人有更大的保護。新型車頭安全概念拜耳的PC/PET混合物Makroblend?DP 7645已經被成功用于大量生產奧迪和大眾汽車的散熱格柵。帕薩特的格柵是用Makroblend成型的,然后以單層漆完工。該材料具有良好的硬度和耐熱性,以及低溫下(至-40℃)出眾的沖擊強度和對常見車用化學品的良好抵抗性。它也能滿足對更高行人沖擊保護的需求。格柵的鍍鉻邊框是用PC/ABS Bayblend?T45PG (電鍍級)做成的。
引擎罩內部應用
由MAN Nutgzfahrzeuge AG制造、用于6缸引擎的一米長硬質變速桿罩是由羅地亞工程塑料公司的礦物填充和玻璃增強Technyl R A218 MT15 V25尼龍66成型出來的。這個大型部件的內部帶有肋材,降低了共鳴和噪音。Technyl產品提供了良好的硬度和較低的收縮性、熱變形和蠕變性。因為熔體流道長,而且肋材多,Technyl也具有良好的流動性。
沃爾沃CX90 SUV的V6引擎用新罩子是利用帝斯曼工程塑料公司Akulon R UltraFlow R尼龍6而成型出來的。該材料由10%的玻璃和20%的礦物填充而成,被選擇用于成型面積大的薄壁部件,而相比于PP或尼龍66等競爭性材料,周期時間更短、工程性能更佳、外觀更好。作為引擎罩內部的可視部件,引擎蓋必須滿足表面質量、成型質量和長期高溫下防變形的嚴格要求。
福特F系列柴油發動機渦輪增壓器的大型整塊吸氣管是由杜邦Hytrel R熱塑性彈性體吹塑而成的。這種復雜的導管取代了四個鋁質和硅膠部件,消除了可能的泄料道,將工裝、人工和整體成本降低了三分之一。這種導管提高了渦輪增壓器和引擎入口之間的氣流,使引擎性能更好,它利用了名為三維連續共擠吹塑的計算機控制工藝。選擇Hytrel是因為在冷啟動冰點溫度時它保持了柔韌性,同時又可承受300°F的高溫和高操作壓力。
德爾福公司選擇GE公司的Noryl R柔性樹脂作為汽車電氣系統的線纜護層,目的是要滿足OEM廠家對高性能、無鹵和阻燃材料的需求。Noryl可提供比PVC和交聯PE更好的性能,是薄壁和極薄壁護層的理想可用材料,它降低了重量和尺寸,滿足部件無鹵、無氯和無鉛的要求。










































