塑料推动汽车创新

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作者：Sarita Kutty      文章来源：Modern Plastics & Polymers      更新时间：2010-08-03
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　　作为一种材料，从汽车外饰的设计、款式到舒适、耐用和美观的内饰件，塑料给设计师们提供许多方面看似不切实际或根本不可能的概念创新自由。塑料还具有对凹曲、噪音、坚物和腐蚀的良好抗性，塑料在汽车和路面交通领域的创新稳步发展，近期，第三十九届“SPE汽车创新奖”为行业重大创新颁奖，其中许多奖项都与聚合物相关，本文展示了改变汽车工业面貌的一些创新。

- J( e: R6 E; b7 _5 z/ B. O( T　　今天，创新推动汽车工业。但前所未有的是工程师们正在探索新工艺和非金属材料，并带来全新设计和制造革新。高级工程材料进入汽车结构的同时，织物和塑料方面的其它新技术在汽车内饰件上用途越来越多。使得座椅系统变得复杂化，多层软质材料和发泡物与机电元件装配一起，塑料一直以实用、可靠、安全和经济等特新为汽车厂家提供轻量化机会，而在款式、舒适和安全上不打折扣。
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材料创新

' m1 ?& e2 n, E1 D! c/ G　　汽车制造厂、零部件供应商和塑料加工厂商不断地为工程塑料开发新应用，时至今日，由于性价比之高，聚烯烃在全球塑料工业中十年以来一直增长最快。聚烯烃供应链在最近几年经历了较大变化，给OEM厂商乃至整个供应市场带来了挑战和机会。事实上，硬性和软质聚烯烃在汽车应用上的重要性覆盖了车身盖罩底下的一半结构、仪表板、手感柔软的内饰和保险杠。

　　统计显示印度汽车业在过去几年发展强劲，印度Borouge公司副总裁Pushp Raj Singhvi说，即使深陷全球经济危机，印度轿车生产在2009年前几个月仍然增长，低成本轿车为更多国民打开了驾车之门，向两轮便车和卡车一样，塑料技术还会进一步渗入轿车市场。
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' @* A; Q1 W3 e0 M9 i( p　　显然，没有塑料，创新和经济性生产在当今汽车行业几不可能。工程聚合物在车用内外饰、变速箱/底盘、车身、燃油、电器/电子应用上发挥重要作用。Ticona工程塑料公司全球汽车负责人Maria Ciliberti说 ：“汽车应用上的关键事项包括温度、化学腐蚀、电子隔离、尺寸稳定性、公差和模块化，当然还有成本和重量节省等。在外饰方面，工程塑料既要承受强大的机械负载，又要抗紫外和化腐（如清洗剂）。集成线缆要求优质耐磨损材料，并在零下40℃至80℃高低温范围内保持机械稳定。”

　　由于汽车内饰兼有舒适、安全和作业功能，所用材料既要达到技术要求（如韧性与强度），又要拥有和内饰设计相配、外观诱人的成色。

3 L0 ^4 r' A  q+ B0 c3 n, J　　汽车工程也越来越多地采用复合材料，巴斯夫的Acrodur ?热处理型丙烯酸共聚物成型的具有高负载自然纤维的坯料被Draxlmaier集团压注成下门板车内件安装在BMW7系列豪华车上。这一树脂混合体经过预先热塑后成为一种独特的丙烯酸共聚物，作为生产用的预浸料坯/半成品或坯料，在120℃以上温度下交联形成非常耐用的热定型材料。树脂具有自然纤维良好的浸润性，化合物成型能力好，与刚性物机械固接好，所生产的复合材料具有高纤维抗载力，在车门应用中达到70%，使门板轻量化、薄型化但具高坚度。而高性能、轻型/经济型和绿色复合物节约成本，减少VOC挥发，快速再生的自然纤维垫在不失性能的同时降低了汽车炭足迹。
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8 s( C+ g) _5 o* `7 ?　　SABIC创新塑料公司的高端材料继续代替传统产品，如玻璃、金属和热加工型，使得汽车内外部在款式、性能和档次上尽善尽美。“汽车厂商在寻求减少环境影响的新出路，我们的材料满足了所要求的目标，无论是降低重量，可回收，或者避免二次加工或卤素污染。未来汽车设计将以创新方式给高性能塑料带来许多新机会，我们准备和客户一道把生态材料扩充到更多新应用中。”SABIC汽车创新塑料公司市场、工程及技术经理Venkatakrishnan Umanaheswaran说。

　　在另外一项开发上，威思霸(Visteon)和拜耳材料科技成功地合作开发出其它汽车用新型材料。拜耳材料科技还以新兴技术为基础提供内饰设计和工程参数所要求的材料。新业务创新经理Paul Platte强调威思霸公司带来的价值，“Visteon在开发集环保适用和豪华于一体的内饰项目上发挥了关键作用，他们独到的想法对Velozzi内饰产品至关重要，满足了今天一批成熟用户的高需求。”

# \& C& w. X4 \& q# g设计创新
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% z6 q( M, t; b7 m' t- ]5 ?( z* n　　工程师们目前考虑的设计挑战包括内饰和座椅制造。汽车厂家意识到，购买轿车很大程度要看内饰，车体感觉与外形和特征一样重要。内饰及座椅系统变得高度复杂，对具有特定设计的工程装配形成挑战。因此内饰和座椅尤其成为发达的工程系统，综合了织物、机械和电器电子元件。

　　批量生产大中订单的商务车，生产标准、工艺和要求完全不同于专业化很高的运动跑车。为了展示综合装置的技术和经济优势，工程师们必须探索新的设计和制造方式。
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- a( u4 W3 w& H) n; K/ X6 F　　理论上讲，提高汽车内饰表面有好几种技术，包括塑料件油漆处理，各种箔材和边缘表面修饰及天然皮革覆面。Johnson Controls公司开发出一种改进的高质量表面防刮和地垫整饰设计工艺。“PP薄膜层技术包含一层复合箔材，由几层PP组成，采用直接模后工艺制成。应用这一工艺，各种PP均可作为基材，甚至含有玻璃纤维钢化塑料和回收料。与油漆表面不一样，这些箔材不易刮伤。由于有多种平滑度，它们很容易同周边零件搭配颜色。”戴姆勒汽车客户业务经理Matthias Berg解释说。

　　新型箔材对所有箔表面设计的内饰都合适，这一技术也可用在其它领域。根据设计水平，可采用一步法或两步法生产工艺。比如，两步法工艺用于深模产品，如车门上的垫槽。
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! Y- |4 G1 q% @  R! ^: t  _　　对奔驰E-Class车型而言，设计门板时要特别注意手感因素。车内照明安装在中心门板之上和把手位置，遮阳板嵌入前门中，这一方案使得Johnson Controls在有限的空间有效改进了车窗覆盖。

4 h: [+ X0 P8 C" u　　Elastollan TPU开发生产的负载管理碰击帽（LMSC）使通用汽车2009 Cadillac CTS V系列在不额外加固悬挂情况下18英寸轮胎装配升级到了19英寸。采用LMSC，想应振动缓冲器，能量吸收能力提高了74%，最终极大地减少了最大冲击负载。

; M% {8 o3 v% i　　福特2010MY Taurus轿车具有一套标准可行的创新技术（许多技术已取得专利或申请中），包括带碰撞警告的自适应定速控制和带按键启动的智能检查。Taurus首席项目工程师Eleborates Pete Reyes说，“塑料集中的外饰创新包括盲点信息系统(Blindspot Information System) ；一种循环更快的TPO面材 ；Easyfuel无帽加油系统 ；配在门外板和门玻璃上的皮带下塑料扣（代替钢轨道）和窗子调节器上的卡入滑道以适应Taurus车要求严格的窗设计，此外还有三挤出外皮带防水条。”
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　　依靠聚合物原料优点所获得的内饰创新包括仪表板上设想的超柔软泡沫以改进工艺质量，在仪表板和门饰板上喷涂聚氨酯（该工艺具有模内装饰特点，复制了皮革完美的外观和手感，以降低成本获得较高耐用性）。值得一提的内饰零部件包括世界一流的全塑仪表板台面装饰和三厢推推门，以及为腰部支撑配置的超及耐久性气动气囊多围座椅。
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　　此外，新增电子系统和零部件改善了汽车舒适、安全和油耗性能。工程塑料在这里发挥了重要作用，大量如同卡盒收纳和保护电器电子内件，免受环境影响，确保电器绝缘。

  p) _, ]$ D1 U  M) T& d　　德尔福汽车控股有限集团总裁James A Bertrand肯定说，“多年来，车用电器电子件的价值每年以5%增长，通常应用包括电器零部件如接线盒、ECU外壳、电马达、齿轮箱、线轴、连接器、开关和电线绝缘胶。另外一大推动来自于汽车业绿色趋势所形成的混合汽车和先进的电池技术，主要目标是实现经济性油耗，减少CO2排放。”
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    此外，德尔福公司的超轻收音机设计带内置模塑电磁兼容（EMC）屏蔽，雪佛兰、GMC皮卡和运动动力车上都已装配。“德尔福不断地进行产品和工艺创新，有助于世界变得更绿，为我们的客户提供价值。融合29项专利技术，超轻收音机的塑料外壳带内置模塑细网法拉第笼，达到有效的EMC屏蔽及紧凑的机械组装和重量轻化，不需要对车体作任何整改。这一创新设计和高效装配工艺减少了循环时间，每只收音机节省29个螺钉，重量减轻22%，相当于0.54公斤。”Bertrand细数车用电子塑料的情况。

　　2010年款的福特Mustang采用沙伯基础创新塑料公司的材料安装了一种独特车灯， Lexan聚碳酸酯树脂具有良好的透明度和耐用性，Cycolac ABS树脂则被用来打造一种个性化发光窗板，它使用一只LED灯泡而不是30只却达到了强光效果。采用Cycolac树脂注塑固定LED筒灯的套管，对Lexan树脂丝印后形成织物状金属质表面，激光雕刻的花纹增加了LED发光效果，而这一技术比现行标准设计减少50%的成本。

　　新款Mustang轿车仪表板内饰的关键零件采用Geloy Visualfx*ASA 树脂，以模内色代替油漆，达到最佳外观效果。三个内饰部件——乘客座侧面气孔、中央气孔和IP计量仪采用Geloy树脂注塑而成，搭配金属效果。模内着色和效果避免了油漆带来的环境影响，如能耗和VOC排放，同时降低了成本。
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　　另外一项免漆应用是福特Taurus的头灯框座，采用Lexan Visualfx*树脂制成金属刨花板效果，外观精美，也不需要高成本的二次加工。树脂同时具有机械性能，即使头灯温度超过130℃，颜色可保持长期稳定。

8 S" j* z' G) t; T更多创新
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　　成本、功能和设计以前所未有的推动力正在促进汽车表面和材料的不断创新，毫无疑问，新材料如创新塑料、优质面板具有很大吸引力。

4 A6 L; ^# [  M9 i3 e　　比如，福特公司的开发人员投入大量时间和资金打造“可持续汽车”，即尽量采用可持续材料的汽车，座椅泡沫采用大豆基材料而非碳氢化合物已经取得进展。
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9 i% [3 _* a6 D5 Z　　蓖麻油正被用来生产汽车散热片零部件，尽管用量有限。日本几款汽车采用天然纤维如洋麻来增强塑料，以减少玻璃纤维用量，后者在重量和能耗上不利于环保。研究人员们甚至希望开发可自腐堆肥的零部件，汽车变成垃圾后可堆肥处理。总之，当前趋势表明汽车制造商们显然看好塑料代替金属这一方向。

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汽车自腐堆肥的零部件是今后的一种趋势。