汽车新材料

1一汽车新材料1在东京举办的“2007人与汽车技术展上”，针对环保型汽车开发的各种技术吸引了众多参观者的目光。本田公司展示了其2008年开始销售的燃料电池“FCX概念”车，该种车型实现了与一般轿车一样的车高和车内环境宽敞的效果。由于削减了容积比40%的燃料电池存储栈、发电机、锂离子电池等动力装置，所以增加了设计的自由度。富士重工业和三菱汽车公司，展示了正在与电力公司共同研究的电气汽车。富士重工业的“R1e”最高速度可达到120km，一次充电的持续航行距离为80km，其中就利用了NEC提供的锂电池。三菱汽车的“iMiEV”也已经与GSYuasa公司在锂离子电池的批量生产方面积极地进行着合作。生物塑料因其生物降解性获得了广泛应用，日本的Toray公司和美国杜邦公司不约而同的在这次汽车展上展示了各种生物塑料制成的汽车用产品。Tora公司用Ecodear复合材料制作的汽车座椅面料手感光滑柔软，而且这种植物来源的乳酸纤维制品的广泛应用将会对地球变暖以及减少化学材料使用量做出巨大贡献。2为了进一步提高汽车在节能和环保要求下的安全性与舒适性,新一代超轻钢汽车材料正在向材料多元化的方向发展,先进高强度钢AHSS、铝合金、塑料和金属基复合材料的应用比例逐渐增加，从而促进了各种材料连接技术的竞争和组合应用。特别是“点焊+粘接”复合连接(HybridJoining)方法正逐渐成为汽车构件制造领域的一项前沿技术。该技术结合了点焊和胶粘两种工艺的优点，通过胶粘剂直接与金属接触而实现高强度结构连接，减少了局部应力和韧性损失,改善了接头耐久性，可吸收更多的冲击能量，且可节省资金和时间。3随着人们对能源、环境问题和安全性要求的不断提高，汽车用材料正在发生很大的变化。汽车轻量化已成为当今汽车工业的一项关键技术。为了满足超轻型汽车发展的需求,开发了量的先进高强度钢，如双相钢(DP)、相变诱导塑性钢(TRIP)、复相钢(CP)和马氏体钢(M)、TWIP钢等。5平均起来，一辆现代化汽车包含两吨以上的硅树脂(silicone)。在方向盘兜帽下、在车厢内、在电子器件中、在壳体接缝处，无论在任何需要被包覆、密封或填充的地方，硅树脂始终是首选。而且，汽车用皮革和纺织品越来越多的用硅树脂作表面涂层，如此可以达到符合特定要求的表面性能。随着对新材料性能优化的探索，汽车内部用硅橡胶涂层的装饰件正日益增加。硅橡胶适用于对机织物、费织造材料或针织物的图层。由于它具有高达90%的伸张率和能更好的耐高温性能，因此可以承受所有的加工。26一汽技术中心开发了系列新材料，部分成果已经应用。为提升自主汽车产品开发和制造水平打下了坚实的基础。比较有代表性的成果有：轿车和载货车车身用高强度钢板、镀层板开发应用，实现车身降重20余千克；开发应用车架用高强度钢和超细晶粒钢热轧板，使解放系列载货车车架纵梁及横梁钢板的强度分别从355MPa和295MPa提高到500MPa和380MPa,平均每车降重200余千克；连杆、桥、曲轴用非调质钢开发可取消毛坯调质工序,节约能耗；国内首次开发出可降重、提高载重量的重型汽车厚截面少片簧材料，使一汽的重型汽车在国内率先采用厚截面少片簧；完成了塑料发动机进气歧管、气门室罩盖、燃油箱及油底壳等结构件材料应用开发，并实现部分应用；环境友好型水性涂料、无铅电泳涂料、符合清洁生产法规要求的各种工艺辅助材料及介质等开发应用全面展开，使一汽在环保材料应用方面处于国内领先水平。在高性能铸铁、铝合金和镁合金方面也取得了多项研究成果并应用于生产。7随着国内汽车产量的不断增长，汽车产品档次的不断提高，对汽车保险杠专用材料的国产化研究也进入了一个较快的发展时期，其中聚丙烯汽车保险杠专用材料的研究、开发是一个重点。目前，国内聚丙烯汽车保险杠专用材料主要以PP为主材，并加入一定比例的橡胶或弹性体材料、无机填料、色母粒、助剂等经过混炼加工而成。国外对塑料汽车保险杠的研究起步较早，20世纪60年代就已形成商品化生产规模，当时主要选材为PU和PC/ABS合金，进入20世纪80年代后，PP改性材料成为制作保险杠的首选材料。欧洲保险杠大部分采用可注射成型的EPDM改性PP材料，20世纪90年代初，欧洲约有85%保险杠用EPDM改性PP制作，1995年提高到95%。日本在塑料保险杠的开发方面始终处于世界前列，20世纪90年代日本大约80%的保险杠用改性PP制成。日本窒素公司开发了一系列用于汽车保险杠的高结晶PP，日本本田CR-X型汽车是世界上较早采用注射模塑法生产改性汽车保险杠的汽车。日产汽车公司和三菱油化公司也研制出由PP嵌段共聚物、苯乙烯弹性体和聚烯烃系乙丙橡胶3种组分配成的新材料制作的保险杠。2005年，TPO在北美塑料保险杠市场所占份额将达75%，而RIM聚氨酯和PC/PBT则将下降到20%和1%。8（1）汽车新材料日本在高强度钢板的技术开发和性能研究方面已经进行了许多工作，为了提高汽车的安全性，高强度钢板首先用在门柱和保险杠，目前正在进行内板、制动、车轮等方面的研究和试制。铝合金材料也是汽车材料发展的趋势之一。美国正积极推广铝制进气管、发动金、变速器箱盖、离合器壳、电气零件及其它零件。塑料原来只适用于低应力的零部件和内部装饰，随着各种纤维增强塑料的发展，它在车3身结构的各种受力构件和承受发动机振动的部件上的应用越来越多。（2）起保护作用和美观作用的涂层日本马自达汽车公司采用了一种新的涂层工艺，使加工好的涂层光亮如镜，与原来汽车涂层相比，提高了光滑度和平滑度。聚氨酯涂料的成本低且机械性能好，适用于耐冲击、耐铲削、耐风华以及由化学试剂和溶剂的场合。美国Mobay公司开发了一种适用于抛光聚氨酯涂层的技术，在抛光时用蒸发液体氮来刺激冷表面，低温抛光可避免柔韧涂层被加热到高于其玻璃化温度。（3）改进发动机性能的陶瓷精细陶瓷是继金属、塑料之后发展起来的第三类汽车材料。美国和日本等国都在努力研制以精细陶瓷为主体材料的发动机。（4）用镁代替塑料表面上看，镁似乎比塑料造价更昂贵些，但镁有其独到的优势。镁不要求均匀的壁厚，可简化压制成形工艺并能达到机械性能；压铸件能保持接近5um的公差，螺纹易于加工；更重要的是，零件有较好的尺寸稳定性。由于镁的强度高，韧性好，所以需要的材料更少，因而更经济。因此，镁也将成为汽车材料的一大发展趋势。9当前世界汽车材料技术发展的主要特征如下：(1)轻量化与环保是当今汽车材料发展的主要方向；(2)尽管近阶段钢铁材料仍保持主导地位，但各种材料在汽车上的应用比例正在发生变化。主要变化趋势是高强度钢和超高强度钢、铝合金、镁合金、塑料和复合材料的用量将有较大的增长，铸铁和中、低强度钢的比例将会逐步下降，但载重车的用材变化不如轿车明显；(3)轻量化材料技术与汽车产品设计、制造工艺的结合将更为密切，汽车车身结构材料将趋向多材料设计方向；(4)更重视汽车材料的回收技术；(5)电动汽车、代用燃料汽车专用材料以及汽车功能材料的开发和应用工作不断加强。三汽车新技术1汽车保险杠是汽车车身的一个重要部件，其除起装饰作用外，还起保护翼子板、散热器和灯具的作用。先进的安全吸能型保险杠是汽车保险杠的主要发展方向。目前吸能性保险杠和带安全气囊的保险杠是具有被动安全装置的保险杠。为了把交通事故减少到最低限度，世界各国除了开发汽车被动安全装置以外，还在积极研制多功能型的保险杠。2以电子装置为主的高新技术产品在汽车产业领域中的广泛应用,使得现代汽车已发展成为集计算机技术、光电传输技术、新工艺和新材料于一体的高科技载体。诸如电控燃油喷射系统、自动变速、ABS(制动防抱死系统)、SRS(安全气囊)、A/C(空调)、电控悬架以及驾驶员交通信息系统等“机电一体化”的汽车总体构建中,电子装置的比例越来越大。3“2006上海国际汽车材料与汽车制造设备展览会”于8月18日一21日在上海新国际博览中心举行。展会从汽车生产过程中最直接、最基础的部分入手通过日本大同特殊模具钢、宝钢集团的车用钢板、华谊集团的化工原材料、耀华皮尔金顿的汽车玻璃、HENKEL的汽车表面处理技术等新型材料、设备和技术的展示，为整车生产企业和汽车零部件企业提供了“轻量型、节能型、环保型”的最新解决方案和技术资讯。意大利朗基尔公司（Ranger）是一家既做模具又做复合材料制品的公司。为汽车制造企4业提供多项转换成型技术：夹层注射成型、聚氨脂反应注射成型、双向注射成型、注射成型、双向压制、热加工成型、低压压制成型、在线长纤维热塑性塑料成型、长纤维热塑性塑料成型、玻璃纤维毡热塑性塑料成型及树脂转移成型。低压注塑成型是一种很好的节能注塑方式，该工艺只需要普通注塑30%一60%的压力就能达到预期的效果。其另一大优点是，能将两种材料一次压制成型。而传统则用粘接等各种方式，目前主要应用于汽车门板。4通过近些年的发展，德日美这三个国家的汽车厂家对清洁汽车的研发，已经显示出各自不同的特点，走出了三条不同的路线。从目前来看，德国走的是清洁柴油机路线，美国走的是燃料电池的高科技路线，日本则是混合动力的现实主义路线。据了解，清洁柴油发动机自1974年被开发以来，历经30多年的历史，其各项技术及性能指标已经日臻成熟。目前，欧洲现有的清洁柴油机轿车已经普遍达到了欧Ⅳ排放标准，并在向欧Ⅴ迈进。在一些欧洲国家中，目前市场上的新车70%为使用柴油燃料的汽车。日本汽车企业是混合动力的开拓者，也在这个领域取得了丰硕的成果。目前，在诸多新能源汽车解决方案中，混合动力汽车成功实现了商业化，在市场上批量销售的只有混合动力汽车。通用汽车董事长瓦格纳最近表示，在发展汽车工业的同时，也要注意环保和能源问题，最好的长期计划就是燃料电池车。燃料电池不污染，而且效率很高。一位业内专家分析说，中国目前不应当急于确定发展方向，无论是混合动力，还是柴油机，特别是燃料电池都应该有所研究。如果过早地定下发展方向，一旦有什么变化，前期的投入都将化为乌有，损失是非常大的。5汽车新技术蒂森克虏伯汽车技术股份公司是汽车工业的全球合作伙伴，是汽车技术上的领导者。该公司在全球创新很领先的新技术如下：（1）持续可变气门控制系统。该系统根据负荷来改变发动机气门升程和开启角度，使通过开启气门来控制汽油发动机负荷成为可能。该系统能减少泵油损失，从而降低燃油消耗。此外，发动机的效率和燃烧得到增强，同时也大幅度降低了有害排放物的比例。（2）为火车提供前轴独立悬架系统。该系统通过大幅降低非承载重量，由于每个车轮能独立地对不规则里面作出反应并且吸收干扰，独立悬架能大大提高操纵性。增强的防倾性能和更准确的车轮控制能够改善驾驶安全。而最终的动力车轮负荷降低能帮助保护有效负荷和路面，同时大幅提高驾驶员的安全和舒适性。（3）组合式货车凸轮轴。轴和凸轮分开生产，然后进行组装。与传统凸轮轴相比，产品的成本低重量轻。最佳设计能使重量降低达到40%。移动重量的减少使得振动性能得到改善，降低了燃料消耗，同时提高了有效负荷。凸轮轴的单个功能性元件的原料选择享有很大程度的自由度。为特定负荷应用而采取的最佳凸轮/挺柱原料组合提高了摩擦学方面的性能，延长了凸轮轴的使用寿命。现代气门杆头摇臂特别对力量有很高的要求，只能通过选择合适的原料才能达到这些要求。（4）悬架和减振系统创新。该公司开发的产品“BilsteinDampMatic”是一种选择振幅型减振器。与大幅度运动相比，改减振器在小幅度运动时提供的阻尼较少。因此，能大幅度改善行驶舒适型。该公司还开发了“BILSTEINDampTronic”系统。这个系统调整的减振器进一步减少了不同驾驶环境下行驶舒适性和驾驶动力学之间的冲突。6汽车电子化、智能化是现代汽车发展的重要标志之一。汽车电子的应用可以大幅度的提升5汽车的安全性、稳定性、舒适性等各方面性能,同时也可以为汽车增添娱乐等功能。电子技术在汽车各系统中的应用越来越广泛,其中底盘产品主要包括AT自动变速器、CVT无极变速器、ABS制动防抱死系统、电子稳定程序、GPS卫星定位系统。EAT:电控自动变速器(ElectronicAutomaticTransmission)可以通过自动变