輕薄才是主流 未來汽車制造材料展望
日期:2011-07-18
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未來汽車先會考慮新型的車身材料,包括車體以及車架等多種方面。除了目前大量使用的合金金屬之外,未來汽車在高分子材料上的運用將會更加多樣化。未來汽車使用的塑料由幾十種高分子材料組成,并且還將考慮零部件的通用性以及材料的回收便捷性問題。
未來的汽車由于大量采用新型材料,傳統的車身結構及其設計方法可能不再適用,取而代之的是一種基于生物學增長規律的形狀優化設計法,這種設計方法即能減少零件質量,又延長了零件的使用壽命。此外,采用新的設計方法還能使車身零件數大幅度減少。如某車型的零件數已由400個減少到75個,質量減輕30%,這已經說明輕量化設計具有極大的潛力。
于此同時,研究汽車新材料的終處置問題也由此變的重要起來。從某種程度上講,回收問題關系到將來的生存與發展。目前,汽車上約占自重25%的材料無法回收再用,其中三分之一為各種塑料,三分之一為橡膠,還有三分之一為玻璃、纖維。各國都花費大量的人力、物力進行材料的回收再生問題的研究。現在可以通過三種途徑進行回收:顆?;厥?,重新碾磨;化學回收,高溫分解;能源回收,將廢棄物作為燃料。
新材料需要降低成本才能獲得推廣
制約汽車車身新材料應用的重要因素是價格。作為主要新材料的高強度鋼、玻璃纖維增強材料、鋁和石墨增強,其成本分別為普通碳鋼的1.1倍、3倍、4倍和20倍。所以只有大幅度降低這些新材料的制造成本,才可能使諸多新材料進入批量生產。
如玻璃纖維增強材料將在成本上成為鋼材的有力競爭者,雖然它的重量減輕有限,但價格卻能為用戶接受。石墨合成材料盡管性能良好,但因其成本居高不下,目前它在汽車工業上很難有所作為。
制造工藝決定使用范圍
采用新材料與先進的制造工藝是相輔相成的,汽車工業正在努力開發新的制造方法,對傳統的工藝進行更新。例如:適用于輕量化設計的連接工藝今年來有所發展,如德國某汽車公司在大批生產的轎車上采用CO2激光束焊接,與傳統的焊接工藝相比,焊接成的高強度鋼板車身的強度提高了50%。
又如,一些復合材料的SMC殼體的材料較厚,大約為2.5~3mm,限制了輕量化的幅度。法國雷諾公司采用新的A級表面精度的SMC模壓技術和低密度填料,減薄了零件厚度,使轎車殼體重量比普通SMC工藝下降了30%。
汽車外裝及結構件用纖維增強塑料復合材料
纖維增強塑料復合材料統稱為FRP,是一種纖維和塑料復合而成的材料。增強用的纖維為玻璃纖維、碳纖維和高強度合成纖維。母體樹脂根據使用要求,可用環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯等。汽車上常用的是玻璃纖維和熱固性樹脂的復合材料。
FRP作為汽車用材料具有材質請、設計靈活、便于一體成型、耐腐蝕、耐化學藥品、耐沖擊、著色方便等優點,但在這種材料用于大批量汽車生產時,與金屬材料比較還存在著生產效率低、可靠性差、表面加工差、材料回收困難等方面的問題。
FRP材料可用于制造汽車頂棚、空氣導流板、前端部、前燈殼、發動機罩、擋泥板、后端板、三角窗框、外板等外裝件。用碳纖維增強塑料復合材料制成的汽車零件,還有傳動軸、懸掛彈簧、保險杠、車輪、轉向節、車門、座椅骨架、發動機罩、格柵、車架等。