隨著汽車消費日益普及,消費者對汽車產品提出了更高的要求:節能、美觀、安全、環保等。汽車材料也逐步向輕量化和環保化方向發展,而非金屬材料在汽車環保、舒適和美觀等方面都起著重要的作用。“我國車用非金屬材料技術的總體現狀如何,未來的發展方向在哪里?”帶著這些行業關心的問題,中國汽車材料網(Auto-Material,以下簡稱AM)對中國汽車工程學會非金屬分會主任、一汽材料部副部長王清國先生進行了專訪。以下是本次采訪的實錄:
AM:王主任,非常高興您能接受我們的采訪。您一直致力于車用非金屬材料的研究與應用,請您簡要介紹一下我國車用非金屬材料的開發與應用現狀。
王主任:對于普通乘用車,非金屬材料重量占比約1/3,有的車型可能還要多些。車用非金屬材料主要包括塑料、纖維增強復合材料、橡膠、織物皮革、膠粘密封劑、安全玻璃、紙張木材等十余種材料。
其中塑料、纖維增強復合材料、橡膠、膠粘密封劑常被稱為車用非金屬四大材料,它們給汽車產品的成本控制、減輕自重、改善舒適性等做出了很大貢獻。同時也使得車輛模塊化設計、快速試制等成為可能。隨著國家油耗限值法規出臺并進一步升級加嚴,車輛輕量化是車企必須發展的節能減排措施之一。
自2007年汽車行業成立了輕量化聯盟以來,行業開始對纖維增強復合材料、長玻纖增強復合材料、碳纖維復合材料,以及高性能工程塑料等非金屬材料開展了大量的研究、開發和應用推廣工作,也使得這些非金屬大批量產業化應用成為可能。同時汽車企業在車輛NVH性能(密封、減震等)、可靠性等方面也開展了深入的研究,給橡膠、粘接密封材料提供了更廣闊應用空間,同時也對非金屬材料行業提出了更高的要求。
此外,隨著車輛保有量的快速增加,行業更注重汽車用戶的健康安全。車內空氣質量及VOC、車輛可回收利用和禁限用物質法規等環保法規的實施,也給車用非金屬材料提出新的課題,這都將是車企及相關企業關注的重點課題。
總體來說,我們非金屬材料開發與應用水平還普遍較低,與國外先進水平的差距主要表現在以下幾個方面:
(1)樹脂和纖維的原材料生產規模小,產品質量穩定性差,新技術產業化應用少,生產企業技術開發能力比較差;
(2)汽車零部件生產企業工藝技術落后,新材料專業設計和工藝人員缺乏,CAE計算分析能力弱,制造技術落后,設備研發能力薄弱,檢測設備落后或缺乏;
(3)車企復合材料零部件設計與材料性能、生產工藝結合協作能力薄弱,批量小、成本高。
AM:從一個行業的發展來說,技術標準體系的建設工作非常重要,非金屬標準體系非常的紛繁復雜,各企業間的標準差異也非常大,作為非金屬分會的行業領導,能否簡要介紹一下我國非金屬材料的標準體系建設情況。
王主任:由于我國汽車行業情況比較特殊,車企幾乎都合資化了,因此各個汽車企業的標準都在執行合資者標準體系,如大眾標準、豐田標準、通用標準、標志(雪鐵龍)標準等。自主體系標準或多或少也能看到上述標準影子,這是我國汽車企業技術標準的狀況。在國外車企材料的技術指標也都是在采用各自標準體系和標準,但在材料檢測方法上盡可能采用ISO及各自國家標準。
中國汽車工程學會(SAE-China)正在做這方面工作,金屬材料、油料等分會起草的相關材料行業規范有的已經出版發行,非金屬材料正在體系化建設,不久也會和汽車行業和相關企業見面的。
AM:目前國內的車用工程塑料、長玻纖增強塑料等非金屬材料的國產化水平怎樣?國產材料能否滿足現在的使用要求?國內原材料企業還有哪些方面需要提升?
王主任:目前車用工程塑料和復合材料等國產化水平還是比較低的,尤其是高性能塑料仍然依賴進口材料。我國材料技術研究水平還是比較高的,世界先進水平的工程塑料材料在實驗室中都有成果,但實際生產和應用的水平與世界發達國家差距非常大,主要表現在高端材料產量小、質量不穩定、批量供貨能力差,如耐高溫、長玻纖增強、長鏈尼龍材料、GMT等熱塑性復合材料、碳纖維復合材料、PEEK等特種塑料等材料,國內汽車行業需求基本依賴進口。國產原材料企業需要提升以下幾個方面:
(1)改善生產設備,提高工藝水平,提高材料整體質量穩定性;
(2)通用塑料生產企業加快技術研發步伐,生產高性能材料,如環保阻燃材料、低揮發材料、耐磨/耐刮材料、低噪音材料等,滿足汽車行業不同零部件的需求;
(3)促進工程塑料的發展和技術進步,如汽車行業用量比較大的尼龍、POM、PC、PBT等材料的改性技術和合金技術,推動工程塑料代替金屬材料,實現汽車功能件和半結構件的進一步輕量化;
(4)加快特種工程塑料的研發,盡快實現PEEK、PPS等材料的國產化,降低成本,為特種塑料在汽車上大量應用打下基礎。
AM:工程塑料作為主要的輕量化材料之一,國產乘用車的用量如何?近期最有應用前景的“以塑代鋼”方案有哪些?
王主任:國產乘用車上越來越多使用塑料,達到降重降成本的目的,一些典型的案例包括:
(1)發動機及周邊產品的塑料化,如塑料油底殼、、氣門室罩蓋、、電池托盤、發動機懸置支架、燃油導軌、節氣門閥體、中冷器系統端蓋及管路等;
(2)底盤功能件塑料化,如塑料板簧、塑料傳動軸、塑料拉桿等;
(3)乘用車車身及結構件塑料化,如前端框架、前后防撞梁、門模塊(包括后尾門模塊)等;
(4)車身外覆蓋件塑料化:塑料車窗、塑料翼子板的開發應用等。
AM:工程塑料在汽車上應用未來幾年的增長點在哪里?
王主任:未來幾年工程塑料在汽車可能的增長點主要體現在以下幾個方面:
(1)高性能碳纖維復合材料的應用還需要幾年的探索和研發,之后會出現令人滿意的增長;
(2)來源于可再生生物原料(PLA聚乳酸、PTT、PA11)類合金材料也將是汽車新材料應用趨勢;
(3)高性能長玻纖工程塑料、高性能短玻纖工程塑料將進一步取代金屬材料,將在在汽車結構件上批量應用;
(4)鋼度大,質量輕的微發泡、蜂窩狀材料將成為輕量化的又一支主力軍,步入快速增長的軌道。
AM:消費者對汽車車內舒適性(軟觸感、低氣味、低光澤等)越來越關注,而汽車內飾零部件主要由非金屬材料構成,非金屬材料領域有哪些好的方案來提升用戶體驗。
王主任:汽車內飾與司乘人員身體和感官直接接觸,要求汽車內飾材料具有低揮發、低氣味、低光澤、高耐磨、軟觸感、耐污染等特點。針對內飾關鍵零部件如座椅、儀表板(內飾護板)、油漆裝飾件、地毯減震墊、衣帽架等。應用的非金屬材料的使用上有以下幾點建議供參考:
座椅系統:PU原材料使用低氣味的多元醇及催化劑、PVC使用低氣味的PVC粉和水性表面處理劑;
儀表板(內飾護板):采用低氣味的TPO搪塑表皮、改性PP材料控制氣味主要在工藝環節,如采用特殊真空脫揮技術降低氣味VOC;
裝飾件:采用IMD工藝、油漆采用水性油漆或無苯溶劑性油漆;
衣帽架:用低氣味的PU蜂窩板替代PP木粉板;
地毯減震墊:采用低氣味的PET和環保水性膠黏劑;采用環保型噴涂材料代替瀝青減震增強材料;
以及盡量選用熱塑性彈性體替代橡膠等材料、低VOC的聚甲醛材料等