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轿车新材料的运用及开展趋势

发布时间:2021-11-25 16:04:41 作者:米乐体育在线官网


  我国轿车工业在经过了多年高速增加后,正进入工业转型和技能晋级的新时期。在“双积分”法规以及新动力轿车工业政策的两层驱动下,车用材料也迎来了新的开展机会。传统以钢为主的轿车用材结构,正向钢铝混合、全铝车身、塑料复合材料和镁合金等多材料混合运用的趋势开展。

  全体来看,在全球节能与环保的大势所趋下,轿车材料的运用和开展一直环绕着“绿色、低碳、轻量化”这一大方向。在10月16日由我国轿车工业协会、两江新区办理委员会联合主办的“2021我国轿车供给链大会”之主题论坛“轿车材料新动态”上,多位来自业界的专家学者和企业高层,别离依据自己的研讨范畴对现在轿车新材料的运用和开展做了深度剖析,首要会集在碳纤维复合材料、高功用纤维、轿车用轻合金材料、碳陶复合材料等轻量化材料,以及低碳橡胶材料等绿色低碳材料,并对轿车材料的工艺技能开展及运用进行了论述。

  我国轿车工业协会副秘书长罗军民以为,我国轿车工业的轻量化、智能化、电动化、网联化具有先发优势,但是在要害材料上还存在短板,需求原材料等基础工业的支撑,并与轿车范畴之间架起有用“桥梁”,促进材料与轿车的交融立异,支撑轿车工业的高质量开展。

  东华大学教授、纤维材料改性国家重点试验室副主任余木火和我国石化仪征化纤有限责任公司、我国工程院院士蒋士成,都对碳纤维复合材料的运用和开展进行了研讨。

  上一年我国“双碳”方针的提出,倒逼CFRP(碳纤维复合材料)在量产车型的运用脚步加速。当时我国碳排放达110亿吨,其间电力占40%,轿车碳排放占7%,石油(70%用于轿车燃油)占15%,轿车节能降耗减排火烧眉毛,负重致远。而轻量化是节能减排的必经之路,跟着碳纤维工业规划不断扩大,技能不断前进,工业链不断完善,本钱不断下降,CFRP将成为轿车轻量化的重要途径之一。

  现在,轿车主机厂、零部件企业、材料供货商、碳纤维制作企业、研制组织等,均认同碳纤维在轿车轻量化的重要作用和开展远景。其间许多主机厂现已从研制样件、样车,到寻求量产车型运用碳纤维的全体处理计划,比方结构规划、自动化量产、批量运用演示等。

  从研制开展来看,我国现已打破量产车型运用碳纤维的技能经济瓶颈,一批量产车型开端运用碳纤维零部件,并呈现了车用CFRP出产企业。在轿车主机厂中,如国新全碳纤维车身及其自动化出产线,上汽、北汽、长安、吉祥、蔚来、特斯拉等量产车型已开端运用CFRP零部件;一起涌现出一批CFRP零部件出产供给企业,如澳盛科技、亨睿、卡莱、华渔传动科技等,都已树立了低本钱自动化量产零部件运用演示出产线。

  蒋士成院士主张,国家应加大支撑力度,树立我国轿车轻量化CFRP技能体系和供给链体系,构成量产车型运用演示效应,包括:碳纤维低本钱化,轿车专用高模量低本钱碳纤维;CFRP模块化规划,削减零部件数量,下降自动化出产难度;霸占碳纤维与金属稠浊结构难题;研制CFRP低本钱化自动化量产技能与配备,前进成型节拍(快速固化树脂、热塑性复合材料),下降CFRP成型本钱。

  作为碳陶复合材料的研制组织之一,中南大学教授、湖南世鑫新材料有限公司董事长肖鹏团队代表,介绍了碳陶复合材料在乘用车制动盘上的运用及开展,并对现在存在的问题提出了主张和处理计划。

  乘用车碳陶制动盘现在所存在的问题是高本钱。高本钱约束了乘用车碳陶盘的推行和运用,现在国产碳陶盘运用首要会集在改装车这个范畴。完成碳陶盘的低本钱制备,主张可以从以下五个维度着手。

  首要是原材料方面,碳陶盘原材料本钱大部分源自碳纤维,这部分可以经过优化碳纤维的商标和含量来完成原材料本钱的下降。

  其次是制备工艺方面,长纤盘制备周期长首要受限于热工艺,而热工艺又包括CVI增碳工艺和反响熔渗陶瓷化工艺,可以经过开发多料柱限域CVI工艺和快速熔融工艺来完成出产周期的大幅度下降。

  第三是智能化方面,因为碳陶盘的加工不同于传统金属盘,陶瓷组分的存在使其加工难度大和加工功率低。现在国内碳陶盘的机械加工多为非智能化出产,经过智能化在线检测和出产可以大幅度前进出产功率,进一步下降本钱。

  第四是新工艺和新方法方面,也有许多作业可以做。当时长纤盘预制体是从方板上面切开下来,这样会构成中心和四个角五块余料,导致整个原材料的运用率十分低。中南大学研讨团队现在正在开发近尺度预制体成型工艺,该工艺可以直接制备出环形坯体和通风散热结构,这样就可以大大前进原材料的运用率,一起还可以削减制动盘的机械加工量,大幅度下降制备本钱。

  第五个方面是动力价格。因为制备碳陶盘热工艺所需的温度高且时间长,用电量是十分大的,所以假如可以争取到优惠的动力专项价格,关于碳陶盘的本钱下降十分有协助。

  除了上述碳纤维复合材料和碳陶复合材料外,还有其他多种车用改性新材料。金发科技股份有限公司、轿车材料全球立异中心主任周英辉介绍了轿车行业改性新材料的开展趋势。

  从车用塑材开发的新需求来讲,集成了车辆的运用阶段,首要技能包括轻量化、复材、美学技能、立异功用、立异弹性体、立异特种材料等。其间轻量化的技能特点是首要有一个薄壁化的工程,比方保险杠渐渐过渡到更薄的,既能完成高减重,又能完成出产节拍的前进。

  还有一个轻量化的计划便是微发泡,包括成型方法,有一次性的欠注,还有满注成型,再经过松退,完成中心层的发泡,相似于三明治的结构。

  增强材料也有一些对高功用玻纤运用的进步,可以有10%-20%的功用进步。它长时间的耐疲惫性体现也很好,乃至逾越了长玻纤的材料。

  全塑车身结构的运用方面,以尾门为例,内板和外板用聚丙烯改性的材料,经过焊接的方法,完成全体的减重。其间内板还要考虑更多,比方钢度、强度、耐疲惫性,乃至要求有很好的发出特性。

  纳米注塑,相似经过二次注塑的方式,金属嵌件的方式,逐步代替金属,到达减重的意图,大部分以工程材料为主,包括PPS、PBT等等。

  别的在功用方面,有电磁屏蔽材料,既能完成电磁屏蔽,又能完成导热,具有很宽广的运用远景。关于制件的外表标识,可以完成激光打标的材料也许多。还有透波类的,运用于保险杠相关的雷达组件,可以削减对雷达信号的影响。

  交通大学研讨员、轻合金精细成型国家工程研讨中心副主任蒋海燕代表我国工程院院士丁文江团队,针对其在铝合金和镁合金等轿车用轻合金材料的研讨成果,提出轻量化是处理动力和环保等全球性问题的必然选择。

  关于车身结构件来说,其要求优异的强度与塑性,对材料要求较为严厉。但是现在的车身零件仍以钢和铁制件为主,工艺以铸造和冲压为主,而铝合金车身结构件需满意“三位一体”的功用要求。丁文江院士团队研讨发现,关于现在的运用来说,打破性的技能道路当属“Silafont®-36合金+高线热处理”。

  现在压铸铝合金车身结构件存在的问题是“强度低+高真空+热处理变形”,处理途径为“非热处理高强高韧合金+简略可控压铸工艺”。因而,开发非热处理高强韧压铸铝合金,拓展其在承力结构件上的运用,对铝合金材料提出更高的要求。

  另一个轿车用轻合金材料镁合金具有比重小、比强度高、比刚度高、吸振降噪、电磁屏蔽、简单收回等多个长处,轿车上可采用镁合金的零部件可达60~100个,从变速箱外壳、汽缸盖,到仪表板、转向架,广泛运用于传动、引擎、车体、底盘等体系的多个部件。

  跟着镁合金新材料和成型新技能的开展,镁合金在轿车、3C产品、手动东西等范畴的需求将会不断增多。一起,跟着人们环境保护意识、低碳经济要求的不断进步和我国节能减排力度的不断加强,镁合金及镁加工工业将迎来其开展的黄金机遇。

  近几年,跟着轿车工业的开展和科技的前进,对轮胎的绿色化提出了要求,因为轮胎也有比较严重的碳排放问题。所以作为新一代轮胎,必需要完成绿色化。

  化工大学教授王朝团队经过多年的研讨,针对轮胎用橡胶的碳排放问题给出了一些应对战略。其间最重要的是经过原材料操控,来到达下降碳排放的意图。

  北京化工大学研讨团队近些年致力于开发第二代天然橡胶,在我国的新疆和哈萨克斯坦边界地区找到了一些野生的橡胶草,叫蒲公英橡胶草,其胶乳跟天然橡胶树的胶乳是相同的。现在,运用蒲公英提取的橡胶现已成功制作了几条轮胎,并获得了比较高的重视。

  北京化工大学副校长、教授张立群初次提出了“生物基工程弹性体”的概念。在之后的研讨中,规划合成了原创的生物基衣康酸酯弹性体和生物基聚酯弹性体。

  其间生物基衣康酸酯橡胶产量比较大,本钱较低,经过酯化完成了十分多的结构和功用的调控。运用这种橡胶做出的轮胎已进行了跑车试验,湿抓、抗湿滑、混凝土测验均得到了双B级。

  另一种生物基聚酯橡胶材料是可降解的。用生物基可降解聚酯橡胶做出的轮胎,是全球首批次的可降解轮胎。因为现在一切橡胶材料都是不行降解的,这是现在仅有可降解的橡胶材料,并且是北京化工大学独当一面开发的。

  当然,除了原材料之外,针对绿色助剂的开发,对废橡胶的收回运用,以及更节油的轮胎,对下降轮胎的碳排放都有助益。

  春风轿车集团有限公司技能中心质量验证中心非金属材料室室司理熊芬结合本身的实践,对“双碳”布景下的轿车新材料开展趋势进行了剖析。

  “双碳”布景下,电动化、智能化、轻量化成为必然趋势。为了前进新动力轿车续航路程,对一些碳纤维材料提出了比较高的要求。环绕着“三电”体系,介电材料、导热材料、电磁屏蔽的开发也提上了日程。

  而关于智能化来说,特别是智能驾驭、智能座舱等,对智能材料从集成性、功用性、装饰性三大方面也提出了更高的要求。未来肯定要打造一些个性化的需求,所以在智能方面的材料技能,以及涂装的材料,特别是一些双阻力的材料,或许高减震的材料,需求大幅进步。

  从现在的整车材料散布份额来看,整车构成材料品种高达40多种,其间,金属材料占比72%,非金属材料包括油漆、轮胎等相关材料占比28%。从整车材料开展趋势来说,往后的开展方向是轻量化,在这方面也提出了比较高的要求。现在轻量化方面仍是首要环绕上装和下装的开发,比方混合车身、铝材料底盘。

  别的,在车内内饰部分,因为要进步一些舒适性,所以像透光皮革,也成为未来内饰开展的趋势。现在现已完成了透光表皮中控扶手,可以满意顾客对整个区域软处包覆的要求。

  熊芬以为,轿车材料工艺技能现阶段的完成途径首要包括结构优化规划,以及高强钢、轻金属、工程塑料、复合材料及其相关的各种成形工艺技能,而未来的开展方向则要聚集与优化规划和多材料混合运用。

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