全球范圍內(nèi)，正在興起一場(chǎng)新能源汽車的發(fā)展熱潮。去年以來，寶馬、奔馳、大眾、沃爾沃等全球知名汽車廠商相繼發(fā)布了未來在新能源汽車領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)劃，中國的新能源汽車也呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。截至今年9月底，中國新能源汽車保有量接近150萬輛，占全球一半左右，產(chǎn)銷量位居全球第一。特別是2017年9月，工信部聯(lián)合財(cái)政部等多家機(jī)構(gòu)公布的《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，更是為新能源汽車的發(fā)展注入了一劑強(qiáng)心針。
在環(huán)保趨勢(shì)和政策壓力的驅(qū)動(dòng)下，越來越多的投資人和企業(yè)也將目光投向了新能源行業(yè)。除傳統(tǒng)企業(yè)開始進(jìn)行新能源汽車的研發(fā)和生產(chǎn)外，一些新晉企業(yè)也相繼登場(chǎng)。
新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，體現(xiàn)了人們對(duì)環(huán)保的強(qiáng)烈渴望，但電池壽命短、行駛里程少的缺陷也制約了其普及。因此，未來不論是減少傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車油耗，還是提高新能源汽車的行駛里程，以促進(jìn)消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的認(rèn)可度，降低整車重量都是汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。新材料、新工藝的應(yīng)用在后續(xù)的車型設(shè)計(jì)中也將被越來越多使用。
對(duì)非金屬材料而言，目前應(yīng)用相對(duì)成熟的輕量化技術(shù)有制品薄壁化(如門板、保險(xiǎn)杠等)、以塑代鋼(如汽車尾門、前端模塊)和低密度材料等。在車用塑料品種中，以聚丙烯(PP)材料占用量最高，所占塑料使用量的比例已經(jīng)達(dá)到40%左右。由于PP材料密度輕、易回收、性價(jià)比高，不僅在汽車內(nèi)外飾中得到廣泛應(yīng)用，而且也開始替代部分車用工程塑料。
1、薄壁化PP材料為保險(xiǎn)杠減重
汽車部件薄壁化是指用更薄的壁厚設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)壁厚設(shè)計(jì)，在保證制件滿足剛性要求和韌性要求的同時(shí)，達(dá)到減重目的。以保險(xiǎn)杠為例，保險(xiǎn)杠作為汽車重要的外觀件和安全件，在確保原有的保護(hù)功能基礎(chǔ)上，也要追求輕量化。最初塑料保險(xiǎn)杠的壁厚設(shè)計(jì)大多大于4mm，而隨著制造工藝和材料性能的不斷提升，保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)進(jìn)一步朝薄壁化方向發(fā)展。目前量產(chǎn)車型主流壁厚在2.7-3.0mm，并逐步向2.5mm接近;研發(fā)階段的車型壁厚可達(dá)到2.0-2.2mm。減少保險(xiǎn)杠壁厚不僅能減輕汽車重量，還能通過縮短注塑過程中的冷卻時(shí)間，減少生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
為滿足薄壁化保險(xiǎn)杠的要求，薄壁PP材料必須具備"三高"性能:高流動(dòng)性、高模量及高韌性。
高流動(dòng)性:壁厚減薄意味著材料充模時(shí)流動(dòng)空間減少、流動(dòng)阻力增大，需要更大的注塑壓力。高流動(dòng)性可以降低壁厚減薄對(duì)注塑壓力、成型溫度和模具溫度等條件的影響，同時(shí)避免缺膠問題。
高模量:壁厚減薄導(dǎo)致制品剛度下降。因此需要通過制件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料自身模量提高進(jìn)行彌補(bǔ)。
高韌性:保險(xiǎn)杠用于吸收和緩沖外界沖擊，因此需要材料具有很好的沖擊性能。
薄壁化設(shè)計(jì)過程中制品容易出現(xiàn)翹曲變形、表面流痕和虎皮紋外觀缺陷、注塑成型缺膠和飛邊等現(xiàn)象。因此，材料廠商在保證材料的機(jī)械性能滿足薄壁化注塑設(shè)計(jì)要求外，還需根據(jù)制品的模具設(shè)計(jì)情況，調(diào)整材料收縮率、注塑壓力、模具溫度等工藝參數(shù)，避免以上不良現(xiàn)象的發(fā)生。
金旸JVP-3202薄壁化PP材料，該款材料可滿足2.2mm保險(xiǎn)杠機(jī)械性能要求，相比2.8mm壁厚保險(xiǎn)杠可實(shí)現(xiàn)21%的減重效果。
長玻纖增強(qiáng)PP材料(LGF-PP)的玻纖長度一般在3mm以上，與相似的短纖維(纖維長度約小于1mm)增強(qiáng)PP材料相比，無論在強(qiáng)度、抗沖擊性能、能量的吸收率等方面都得到了明顯提升，具有比強(qiáng)度高、比模量高、抗沖擊性強(qiáng)、尺寸穩(wěn)定和翹曲度低等顯著特點(diǎn)。同時(shí)，相比短玻纖增強(qiáng)PA材料，LGF-PP不吸水且密度更低、具有更高的性價(jià)比，因此PP-LGF也逐步取代部分短玻纖增強(qiáng)工程塑料而應(yīng)用于汽車零部件上。
2、長玻纖PP材料為汽車零部件減重降本
以汽車前端模塊為例，它由多個(gè)部件的總成構(gòu)成，包括前向照明系統(tǒng)、散熱器和冷卻風(fēng)扇、空調(diào)冷凝器、格柵口加固板、吸撞緩沖區(qū)、帶有裝飾面板的保險(xiǎn)杠、車前蓋鎖閉系統(tǒng)、雨刷噴水瓶，以及各種電子組件和線路布置等，具有組件多、制件重的特點(diǎn)。如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)金屬材料，難免會(huì)增加重量和成本，而且對(duì)零件裝配環(huán)節(jié)的要求也將更高。對(duì)此，在前端引入輕質(zhì)材料如塑料，可以起到明顯的減重效果和降本作用。
金旸開發(fā)的長玻纖增強(qiáng)PP系列產(chǎn)品以專用模頭強(qiáng)制分散玻纖，將每一根玻纖都均勻涂覆塑料材料。注塑后，制品不會(huì)有玻纖團(tuán)聚的現(xiàn)象，且其表面光亮、浮纖少。目前，該系列產(chǎn)品已應(yīng)用于轎車的儀器表板本體骨架、電池托架、前端模塊、控電盒、座椅支撐架等。
塑料的發(fā)展與汽車輕量化的趨勢(shì)相得益彰，除車身材料對(duì)塑料的需求越來越多以外，新能源汽車對(duì)動(dòng)力電池、充電樁的配套設(shè)施和零部件的要求也為塑料帶來新的應(yīng)用領(lǐng)域。
3、阻燃材料為電池框架絕緣減重
動(dòng)力電池系統(tǒng)用來給電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)提供能量，作為汽車汽車的能力存儲(chǔ)裝置，它有一個(gè)或多個(gè)電池包以及電池管理系統(tǒng)組成。動(dòng)力電池模組則是動(dòng)力電池系統(tǒng)的次級(jí)結(jié)構(gòu)之一，它是由動(dòng)力電池單體經(jīng)串并聯(lián)方式組合并加保護(hù)線路板及外殼后組合而成。在結(jié)合整車設(shè)計(jì)要求的前提下對(duì)電池模組進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，電池模組設(shè)計(jì)需要考慮以下方面:
A、電池成組的固定連接方式要根據(jù)動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體要求對(duì)選定好的電芯結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行。
B、電池模塊的裝配要求松緊度適中，各結(jié)構(gòu)部件具有足夠的強(qiáng)度，防止因電池內(nèi)外部力的作用而發(fā)生變形或破壞。
C、充分考慮電池串并聯(lián)高壓連接之間的絕緣保護(hù)問題，例如絕緣間隙和爬電距離等。
塑料具有絕緣、加工方便、質(zhì)量輕等優(yōu)勢(shì)，成為動(dòng)力電池模組結(jié)構(gòu)件的首選材料。針對(duì)電池模組的設(shè)計(jì)需求，材料供應(yīng)商提供了多款材料，以滿足電池裝配和安全要求。
目前純電動(dòng)汽車搭載的動(dòng)力電池，大多以三元鋰材料為主。雖然電池材料的能量密度已經(jīng)有了極大的提高，但依然難以破除消費(fèi)者的里程焦慮困擾。提高動(dòng)力電池的能量密度，除進(jìn)一步提高電池材料的能量密度以外，電池包的整體減重也是一種切實(shí)可行的方法。金旸開發(fā)的阻燃PPO材料，相比目前電池模組結(jié)構(gòu)件常用的PC/ABS材料，可以實(shí)現(xiàn)8%的減重效果，為客戶的電池減重需求提供了一個(gè)切實(shí)可行的方案。
4、阻燃耐候材料為充電樁安全護(hù)航
新能源汽車的快速發(fā)展，也帶來了配套設(shè)施的大步跟隨。充電樁作為新能源汽車的重要配套設(shè)施，也為材料供應(yīng)商帶來了新的增長點(diǎn)。按照充電樁的使用場(chǎng)景，分為室內(nèi)充電樁和室外充電樁。室內(nèi)充電樁的防護(hù)等級(jí)需要達(dá)到IP32以上，而室外充電樁需要面臨風(fēng)雨交加的惡劣環(huán)境，需要更好的絕緣性和避雷條件，其防護(hù)等級(jí)要達(dá)到IP54方可保障人身安全、車身安全和充電設(shè)備安全。因此，充電樁對(duì)材料的耐候性、電氣性能、抗沖擊性均具有非常高的要求。
汽車輕量化與環(huán)保密不可分，它是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。塑料和復(fù)合材料作為性能優(yōu)異的輕質(zhì)材料，值得材料企業(yè)和汽車制造商投入更多資源深入研究。尤其是在新能源汽車高歌猛進(jìn)的現(xiàn)階段，其整車質(zhì)量過大已成為制約其發(fā)展的障礙之一，汽車輕量化發(fā)展刻不容緩，相信隨著塑料與復(fù)合材料技術(shù)不斷進(jìn)步，將為新能源汽車的發(fā)展起到越來越重要的作用。
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