以塑代鋼技術 推進汽車輕量化
2014年泡快，寶馬推出純電動車型寶馬i3砚皆，使用了200-300千克來自巴斯夫的碳纖維復合材料，整體重量較之前的設計減輕了250-350 kg
2016年嗓钦，帝斯曼推出新型聚酰胺產品ForTii? Ace旦良，用以替代金屬壓鑄件及昂貴的高性能熱塑性工程塑料
2017年，奇瑞eQ1采用沙特基礎工業(yè)公司（SABIC）的工程聚烯烴材料溯饵，其電動汽車尾門板內部結構的重量減輕了40%
輕量化侵俗，毋庸置疑已成為當今新車研發(fā)的焦點，要達到輕量化目標丰刊，除了優(yōu)化結構與工藝設計之外隘谣，大多圍繞在材料的選取上，其中以塑代鋼是大趨勢啄巧。
一 . 汽車輕量化簡介
汽車的輕量化寻歧，指的就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量秩仆，從而提高汽車的動力性码泛，減少燃料消耗，降低排氣污染逗概。
汽車的輕量化對節(jié)能減排影響很大弟晚，對傳統內燃機汽車來說忘衍，自重每降低10%,可節(jié)油5%逾苫，油耗減少的同時尾氣排放量也減少，最終也減少了對環(huán)境的污染枚钓。新能源汽車對輕量化的要求更為迫切馅块，有研究表明純電動汽車整車重量降低10kg粟宣，續(xù)駛里程可以增加2.5km。
汽車輕量化實現路徑
汽車輕量化包含結構輕量化吨争、材料輕量化辑揍、制造工藝輕量化等手段。其中绊蚯，材料輕量化由于直接通過新材料的應用來減重讽歹，其在輕量化中的效果非常明顯，該方法在輕量化中占有舉足輕重的地位箭堆。
二．輕量化材料
在材料輕量化領域几研，可以采用輕金屬、高強度鋼猿异、塑料件代替金屬件（以塑代鋼）等形式來達到輕量化的目的蚓夺。主流輕量化材料發(fā)展狀況如下圖：
主流輕量化材料所處生命周期
塑料件密度低，一般塑料的比重在0.9-1.5之間兢涡，纖維增強復合材料的比重也不會超過2.0赛喊，而金屬材料的比重，A3鋼為7.6局待，黃銅為8.4斑响，鋁為2.7。這就使得塑料材料成為汽車輕量化的首選用材钳榨。在眾多減重方案中恋捆，“以塑代鋼”正處于快速成長期，發(fā)展?jié)摿薮笾乇痢?yōu)勢明顯沸停。
圖片來源于：Plastic Mouldings Lt
以塑代鋼技術，主要是使用PP（聚丙烯）昭卓、PC（聚碳酸酯）及ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）等工程塑料愤钾，替代傳統鋼材，作為車身零部件候醒，使得整車的重量降低至原重量的1/4-1/8能颁，實現汽車輕量化，并減少汽車燃料消耗倒淫。
三 . 國內外汽車以塑代鋼現狀
汽車輕量化的發(fā)展伙菊，使包括聚丙烯、聚氨酯祭静、聚氯乙烯纷沽、熱固性復合材料、ABS、尼龍和聚乙烯等在內的塑材市場得以迅速放大讹唧。近兩年你浸，車用塑料的最大品種--聚丙烯，每年以2.2%—2.8%的速度加快增長剃坦。預計到2020年节暇，發(fā)達國家汽車平均用塑料量將達到500千克/輛以上。
相比全球40%的改性塑料用于汽車行業(yè)绝电，中國僅10%左右忿奈，國內汽車以塑代鋼輕量化還有巨大的發(fā)展空間。衡量一個國家塑料工業(yè)發(fā)展水平的重要指標——塑鋼比默在，我國僅為30∶70辱甫，不及世界平均的50∶50，更遠不及發(fā)達國家如美國的70:30和德國的63∶37蒋令。
中國塑鋼比遠低于其它國家
由于全球汽車產量增速穩(wěn)定店诗，再加上汽車輕量化需求增加使得單車塑料用料不斷增加，預計2018年全球車用塑料市場將由2012年的216.16億美元增至461.12億美元音榜，消費量預計將從2012年的710萬噸增至2018年的1130萬噸庞瘸。
全球汽車產量
全球轎車產量增加以及汽車輕量化趨勢正推動車用塑料需求不斷的增長。車用塑料廣泛應用于內飾赠叼、外飾擦囊、汽車引擎蓋等其他部件，有助于減輕整體車重嘴办，并起到控制振動和噪聲瞬场、車身保溫等功能。據估計涧郊，未來十年贯被，汽車的自重還將降低20%，塑料已經成為了21世紀汽車工業(yè)最好的材料選擇妆艘。
國內汽車產量增速在過去多年中都遠遠高于全球汽車產量增速彤灶，國內單車塑料用量卻要遠遠低于歐美等發(fā)達國家，發(fā)展空間巨大批旺。另外鹿连，中國也是全球最大的新能源汽車市場。由于新能源車需要通過減重來提升續(xù)航猪玛，其對輕量化技術的需求更為迫切磷拧，因此國內車用塑料的需求增速將高于全球平均水平。據亞化咨詢衩斋，未來5年內國內汽車改性塑料行業(yè)年復合增長率將超過26%者赴。
四 . 以塑代鋼應用情況
目前很多國際大品牌都開始越來越多的使用以塑代鋼技術日胖。
以塑代鋼在汽車上的應用總覽
國外汽車復合材料的應用
塑料在汽車輕量化中的應用
五 . 以塑代鋼市場情況
資料來源：《2018年全球車用塑料市值將突破460億美元》
據《全球汽車輕量化推動發(fā)泡聚丙烯的發(fā)展》，在所有的車用塑料中豌腮，聚丙烯所占份額最高達37%绪封；其次是聚氨酯魏颠，占比17.3%椰骇；ABS樹脂占12.3%；復合材料占11.5%软苗；高密度聚乙烯占10.8%膨吼；聚碳酯占6.8%；聚甲基丙烯酸甲酯占4.4%心爷。
1）改性塑料
2）聚合物發(fā)泡材料
聚合物發(fā)泡材料具有質輕现恼、隔熱、緩沖黍檩、防腐叉袍、比強度高、價格低廉等優(yōu)點刽酱。目前喳逛，主要的泡沫塑料有聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)和聚烯烴三大類棵里。
幾種泡沫塑料性能對比
在聚烯烴發(fā)泡塑料中润文，發(fā)泡聚丙烯因為具有良好的熱穩(wěn)定性(最高使用溫度可達130℃)，優(yōu)異的耐應力開裂性及高溫尺寸穩(wěn)定性殿怜，較高的拉伸強度和沖擊強度典蝌，以及優(yōu)異的微波適應性等特點而成為了應用研究的熱點。
發(fā)泡聚丙烯在汽車上的應用
3）輕量化材料成型工藝
圖片來源：聚合物基復合材料在汽車工業(yè)中的應用[J]
LFT-D 成型工藝和GMT 成型工藝的示意圖
與傳統GMT成型工藝相比头谜，LFT-D成型工藝省略了半成品制備步驟骏掀，因而大幅度提高生產效率，比傳統工藝成本低20%-50%柱告。與同類材料成形工藝相比猴宾，其制品的抗沖擊性能提高大約40%-60%。LFT-D成型工藝包含材料復合工藝醇疮、沖壓模壓工藝漆埋、數控化設備等關鍵難點，歐洲已成功應用20多年巴移，目前國內尚未系統攻克您窒。此項工藝對于滿足汽車等領域對輕量化技術的需求意義重大。
六 . 相關案例
油管油泵
塑料油管在豐田和本田車型上的應用將油管的整體重量降低了70%以上瞭驴。
歐洲部分廠家已經在采用聚醚砜替代金屬鋁控制油泵翻萨，這一材料可在-40℃至200℃的溫度之間保持穩(wěn)定的，并且可以將油泵整體成本降低30%，具有相當的應用價值俄蔗。
繼電器
汽車繼電器也是以塑代鋼重點關注的領域钠台，現在對繼電器的要求越來越高，金屬針腳要經過一道高溫焊錫制程（SMT）蛀漆，需要利用耐高溫的LCP材料辟劲。
頂棚
圖片來源：聚合物基復合材料在汽車工業(yè)中的應用[J]
上汽采用輕質GMT復合材料制備頂棚內飾板，可實現減重20%-30%盔憨，綜合成本可降低約20元/件徙菠。
車門
采用LGF-PP（長玻纖增強聚丙烯）材料制作的福特Fiesta后車門，相比鋼制車門重量減輕50%郁岩。
保險杠
汽車保險杠是以塑代鋼應用的主要部件之一婿奔，目前市場上的大部分汽車保險杠都以已用了塑料件。保險杠的面板是PP问慎、PC/ABS萍摊、PC/PBT等材料，骨架是木材或者金屬等材料如叼，中間部分是PP發(fā)泡材料等冰木。
發(fā)動機進氣管
金屬壓鑄件
目前市場上替代汽車金屬壓鑄件的熱塑性塑料，大多數應用于125℃以上的溫度時薇正，機械性能會大幅度的下降片酝。而由帝斯曼開發(fā)的新型塑料即使在150℃高溫下連續(xù)使用也能夠保持機械性能穩(wěn)定，從而替代金屬壓鑄件挖腰。
油箱
圖片來源：公開資料
此前油箱一般用金屬制成雕沿，采用塑料件既能滿足汽車技術要求，又能減重场时。
七 . 相關政策
2016年10月荡西，中國汽車工程學會發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》。路線圖指出强进，到2020年舵翘、2025年、2030年袱族，整車質量需比2015年分別減重10%服驼、20%、35%渔舵。對于車企來說鹅唠，汽車輕量化越來越具有現實意義，而毫無疑問劈遂，車用塑料的前景也因此愈加明朗化给急。
另外隨著各國對環(huán)保要求的加強和政策對新能源汽車的支持痒渊，新能源汽車的發(fā)展迅速，并且已經有多國提出了禁售傳統燃油汽車的時間表烁胳。但是蝇裤，電動汽車的充電時間長而續(xù)航里程又不及燃油車一直是其被人詬病的短板。電動汽車對輕量化需求更迫切频鉴！
禁售燃油汽車時間表
八 . 國內外廠家
九 . 結語
隨著世界各國汽車排放標準的愈加嚴格以及節(jié)能減排力度的加強栓辜，各汽車廠家將會在汽車輕量化領域投入越來越多的精力并加強新型輕量化技術的運用。汽車塑料的應用已由普通裝飾件開始向結構件砚殿、功能件方向發(fā)展啃憎，而塑料材料也隨著相關企業(yè)的更深層次的開發(fā)而最終形成更高質量芝囤、更具成本競爭力以及滿足更多嚴苛要求的方案似炎。
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