工程塑料在汽车中的应用

1上海杰事杰新材料股份有限公司汽车用工程塑料介绍工程塑料研究所所长李小俊博士2汇报内容1、汽车技术发展趋势2、汽车轻量化3、工程塑料在汽车中的应用4、我国汽车塑料应用存在的问题与对策31.1当前汽车的主要发展趋势环保安全舒适低成本信息化清洁能源化轻量化可回收个性化多品种少批量1、汽车技术发展趋势4清洁能源化轻量化电子信息化汽车发展方向多品种、少批量1、汽车技术发展趋势5安全化轻量化舒适化洁净化汽车新材料技术1、汽车技术发展趋势61、汽车工业的发展带来的问题￭汽车保有量的急剧增加，给当今世界带来了两大问题能源匮乏环境污染2003年，我国石油进口9100万吨，石油进口量已超过消费总量的30%，能源问题已成为关系到国家战略安全的问题。汽车已成为大气污染的重要根源之一。汽车排放已占大气污染的30-60%。￭我国的汽车工业已经进入快速发展期1053243005005008001000150002004006008001000120014001600汽车年产量(万辆)2002200520102020(年)中国汽车年产量增长趋势预测轿车汽车轿车产量汽车总产量2、汽车轻量化7国外研究证实，在新能源汽车技术尚未突破的今天，轻量化是当前汽车节能、减少污染的最有效途径之一。燃油消耗可减少6%轿车重量减轻10%实现节能减少排放实现环保目标2、汽车轻量化8轻量化----汽车材料的变化2000/2010610kg钢板/铸铁138kg铝合金23kg镁合金40kg其他非铁金属178kg塑料58kg弹性材料104kg其他材料-10%+36%+300%+13%+19%+6%-17%中档轿车重量的变化19701.100kg20001.400kg20101.150kg9•未来轻量化目标整车降重50%美国、欧洲和日本等国家通过多年的研究，对轿车工业提出了2010年达到100公里3升油耗的目标，实现这个目标需要改进发动机的燃料燃烧技术和减轻50%的汽车重量。2、汽车轻量化10塑料车身上汽（集团）总公司汽车工程研究院车身轻量化的材料途径高强钢板车身铝、镁合金车身适合大批量生产车型小批量生产车型适合2、汽车轻量化技术113、工程塑料在汽车中的应用12轿车工程塑料平均用量增长情况13MaterialsusedinEuropeanAutomotiveProduction200014•轿车塑料用量占整车重量的10%•应用部位遍及全车Bumpers18%InteriorTrim16%Seats13%Cockpit10%Upholstery8%FuelSystem8%Electriparts7%Underthehood5%Other15%国外轿车工程塑料应用现状15163.1工程塑料在车身中的应用车身塑料应用概念1）外覆盖件与结构件全部采用塑料2）金属骨架与全塑外覆盖件相结合3）部分采用塑外覆盖件17批量生产阶段（或者成为商品车）塑料应用情况如下：1）高级全塑跑车骨架结构件采用碳纤增强塑料美国GM公司的“Ultralite”，采用碳纤增强塑料车身，仅车身材料成本为1.3万美元外覆盖件采用玻纤增强塑料全塑车身均用于高档的SportsCar2）混合概念全塑车CCV(CompositeConceptVehicle)Chrysler公司Ticona车身采用玻纤增强热塑性聚酯注射成型，注射成型，设备昂贵（8800吨注射机）用于大批量生产的CCV3）普通高级乘用车如Saturn、雷诺Avantime骨架结构件采用金属件，外覆盖件采用塑料件3.1工程塑料在车身中的应用18一般车身普遍采用纤维增强塑料材料；按照塑料性质来分，用于车身的塑料分为：热塑性纤维增强塑料（FRTP）如玻纤增强PET，GMT...热固性纤维增强塑料（FRP）如手糊玻璃钢、RTM、SMC按照纤维又可分为2类碳纤增强塑料超高强度(比钢高)材料价格昂贵11~22美元/Kg(钢材价格为:0.7~0.8美元/Kg)玻纤增强塑料普通增强材料价格为:1.7~4.4美元/Kg用于车身的塑料材料工艺技术3.1工程塑料在车身中的应用19用于车身的塑料材料工艺技术1、手糊玻璃钢2、喷射成型3、传递模塑成型（RTM）不饱和聚酯+玻纤（碳纤）类4、片状模塑压制成型（SMC）5、团状模塑注射成型（BMC）6、长玻纤增强注射成型（ZMC）纤维增强热固性塑料（FRP）聚氨酯类+玻纤类玻纤增强反应注射成型（R-RIM）车身外装件压制成型GMT热成型热塑性片材玻纤增强PET纤维增强热塑性塑料注射成型PBT/PC****图1车身塑料外板件的材料工艺技术20用于车身的塑料材料工艺技术特点材料工艺比重强度尺寸精度表面质量节拍（秒）单机能力(件/年)材料价格元/Kg手糊玻璃钢1.4~1.6+++024h20~40RTM1.3~1.5++++++++35min800025~35SMC1.8~2.0++++++++5~6min5000015~20R-RIM1.1~1.2+++++++10~15min1800028~35GMT（PP系）1.1++++++5min5000025~35FRTP注射1.1~1.2++++++++1.5~2min18000030~35表1主要用于车身外板件的塑料材料工艺特点21•碳纤增强塑料车身部件与钢车身相比，可减轻重量40%～60%。BMWM3系列采用CFRP部件TheM3CSL'sfrontairdamandreardiffuserispaintedcarbonfibrewithsomeareasleftunpaintedtorevealthepresenceofthecomposite,whilethedoorsandsidesillsandcentredashconsolearealsocarbon-fibrereinforcedplastic.Thecylinderheadcoversarealsocraftedformcarbon-fibre.BMWCFRP侧围骨架应用实例22应用实例23•复合材料车身顶盖应用实例24•雷诺Avantime车身塑料件应用实例25TheParadigm:thermoformedbodymadeofcoextrudedacrylicstyreneacrylonitrileandABSsheet,weighlessthan1,800pounds(comparedtoabout3,800poundsforasimilar-sized,steel-shelledcar)热塑性挤出板材热成型全塑塑料车身.26应用实例27应用实例28应用实例29Benz公司SmartCity-Cou2）金属骨架与全塑外覆盖件相结合的应用实例30Benz公司SmartCity-Cou全金属骨架31Smart塑料车身外板件32应用实例331）车身轻量化，（部件重量可减轻20～30%），油耗下降、降低排放；2）抗冲击性好,低冲击或石击下不变形，使用维修费降低；3）造型设计自由度大，适合复杂曲面设计；4）抗腐蚀性好，可免除外板件磷化处理等防腐作业；5）小批量（5万辆/年以下）时模具投入小，生产成本低，适合于多品种、少批量生产；6）可减少零部件数量，降低生产成本。塑料车身的技术特点343、工程塑料在汽车中的应用3.2工程塑料在仪表板、内饰系统的应用35InTrimInstrumentpanelDoortrimSeatsFoofCarpet3.2工程塑料在仪表板、内饰系统的应用36Instrumentpanel目前国内中高档车经济型车软质、聚氨酯反应发泡成型硬质、改性聚丙烯注射成型桑2000聚氯乙烯-ABS表皮/聚氨酯泡沫/ABS注射骨架赛欧改性聚丙烯仪表板系统371）硬质仪表板材料统一化，便于回收；2）软质表皮、泡沫PP化（TPO表皮、PP交联泡沫）；3）模块化设计仪表板，骨架高强度；4）内饰气味性要求严格，采用环保、无毒、抗菌塑料；5）模内装饰、低压成型；6）采用高强度塑料、薄壁化，实现轻量化；7）采用蜂窝状材料，提高刚性，降低重量。3.2工程塑料在仪表板、内饰系统的应用发展趋势383.3工程塑料在动力、底盘系统的应用39Here’sanexampleofacomplexglass-reinforcednylon66activemanifoldplasticintakesystemforaV6engine.withDuPontZytel70G35HSL.thelargestvibration-weldedplasticintakeFord5.4-literSOHCTritonV8engine(usedforF-Series,Econoline,Expedition,andExcursionapplicationsPA66nylonresin16.3-kgofZytel3.3工程塑料在动力、底盘系统的应用403.3工程塑料在动力、底盘系统的应用413、工程塑料在汽车中的应用3.4工程塑料在防碰撞安全系统中的应用4243444.1存在的问题汽车塑料应用技术与国外存在较大差距；重材料研发，轻工艺研发；新材料研究与应用技术研究脱节；改性料规模小，无自身原材料供应；无行业规范；主机厂家缺乏材料应用研发能力，材料厂家缺乏产品开发能力。454.1、目前国内汽车新材料研发中存在的问题2）重视材料本身的研究，轻配套加工技术的研究由于我国目前的科研体制，新材料研究主要集中在材料科研院所和大学，加之科研经费的缺乏，在汽车新材料研究方面，在新材料配方方面的投入较大，而在与新材料应用相匹配的加工成型技术以及应用试验等方面的科研投入不足，许多新材料的科研成果难以产业化，限制了新材料在汽车中的实际应用。因此经常出现新材料通过鉴定的很多、而产业化并得到广泛应用的较少的现象。464.1、目前国内汽车新材料研发中存在的问题3）材料开发与应用开发脱节由于目前国内企业尚未成为应用开发研究的主体，部分企业认为新材料的研发仅仅是材料科研单位与大学的事情，不重视新材料的应用技术研究，使得材料开发与应用技术研究脱节，制约了新材料的应用。474.1、目前国内汽车新材料研发中存在的问题6）缺乏新材料的应用设计技术新材料的应用技术包括三个方面，既材料、结构设计、成型工艺。三者密不可分，相互依存。由于目前在国内汽车高分子材料应用方面严重存在做材料开发的不懂汽车具体要求，也不懂得汽车产品的设计，搞汽车设计的不懂得高分子材料的结构工艺特点，在产品设计方面难以发挥新材料的特点。48缺乏设计技术缺乏对塑料车身部件设计技术的正确理解4.1、目前国内汽车新材料研发中存在的问题49加工塑料产品开发的三个环节材料设计产品50国内外塑料应用开发上的区别与差距国外国内实现了产品设计、材料开发、生产工艺有机结合产品设计、材料开发、生产工艺三者相对孤立51国外汽车非金属材料零部件产品开发能力配置汽车公司研发中心整车发动机底盘车身材料工程化学公司研发中心汽车应用研究新型材料在汽车上的应用成果提供完整解决方案52国外汽车非金属材料零部件产品开发能力配置BMW公司汽车塑料件设计研究部TOYOTA材料工程研究部主机厂53国外汽车非金属零部件产品开发能力配置GE塑料汽车塑料应用设计研究部BAYER汽车材料应用研究部化学公司54国内汽车非金属零部件产品开发能力配置汽车公司研发中心整车发动机底盘车身化学公司研发中心化工材料提供基于金属的设计要求提供材料性能数据554.2、开展汽车工程塑料应用技术研发的几点建议1）应着重开展高分子复合材料的轻量化塑料车身材料与成型制造技术研究；2）成立更加紧密的新材料开发研究联合体，开展新材料的应用研究与产业化研发工作；3）将新结构的设计研究与新材料的研究相结合，重视开展轻量化车身材料的新结构设计技术研究工作；4）开展与新材料相对应的新工艺技术研究；56谢谢！欢迎到杰事杰参观指导！