全球14.3%的温室气体来自汽车工业。这是拜耳材料科技汽车业务部门给出的数据。节能减排已经成为汽车工业低碳发展的革命性课题。而
塑料以其重量轻、设计灵活、制造成本低、性能优异、功能广泛等特点,使汽车在轻量化、低排放、安全性和制造成本等多个方面获得突破,从而成为21世纪汽车工业最好的材料选择。
由内饰件向结构件扩展
数据显示,汽车的自身重量减少1%,可节油1%;汽车运动部件减轻1%,可节油2%。因此,轻量化已成为汽车材料发展的主要方向。在汽车设计中大量采用
塑料部件,不仅可以满足汽车设计综合性能的要求,即轻量化、安全、防腐、造型和舒适性等,还有利于降低成本,节约材料资源。
塑料正在逐渐成为汽车轻量化的首选材料。
塑料在汽车上的应用按功能主要分为内饰件、外装件和功能结构件三大类。保险杠等外装件以塑代钢,可以减轻汽车重量,达到节能的目的;仪表板、座椅、头枕等内饰件对安全、环保、舒适性能的要求较高,采用可吸收冲击能量和振动能量的弹性体和发泡塑料来制造,可减轻碰撞时对人体的伤害,提高汽车的安全系数;燃油箱、发动机和底盘上的零件等功能结构件,则多采用高强度
工程塑料甚至是特种
工程塑料,来达到减轻重量、降低成本、简化工艺的目的。
目前国外汽车内饰件已基本实现塑料化,塑料在汽车上的应用范围也正在由内饰件向外饰件、车身面板和结构件扩展。材料供应商表示,汽车塑料件的发展重点已经向开发结构件、外装件用的增强复合材料和高性能树脂材料转移。耐高温、耐油的聚酰胺结构部件,满足车身在线喷涂要求的塑料面板材料,以及能让视野更开阔、设计更灵活的聚碳酸酯车窗材料,更是顶级材料供应商推荐的拳头产品。
新能源汽车的直接推手
新能源汽车对轻量化的要求远远高于传统汽车。这是国内外企业对新能源汽车轻量化的共识。
电动车/混合动力车的动力系统与传统汽车的区别很大,仅动力系统就可能额外增加200千克的重量。由于电池技术等还未能做到同步发展,行驶里程短成为了电动汽车发展的瓶颈。在同样动力“不足”的情况下,质量较轻的汽车无疑能行驶得更远。轻量化对新能源汽车至关重要,高性能材料的发展甚至可以直接推动新能源汽车的发展。
据了解,电动汽车电源系统对绝缘性的要求很高,热管理系统则对耐化学性、抗水解性的要求比较苛刻。下一代电池组能否在降低重量和成本的同时提高性能,直接关系到电动汽车能否获得质的飞跃。电池组的框架和结构部件、电池隔膜等对材料也提出了创新性的要求,目前一些公司已经给出了高性能聚酰胺等候选方案:通过材料革新提升荷电线和连接器负荷,达到功能集成化,以降低下一代逆变器的自重和成本。已有一些企业正在进行这方面的开拓性工作。
报废汽车回收的“加速器”
现在,世界汽车工业开始对整车可回收性提出要求,欧盟、美国和日本都已颁布了强制性标准,我国的报废汽车相关国标也已上报,预计今年内将通过施行。回收利用率将被纳入汽车产品市场准入的管理体系。
由于塑料可回收并进行多次利用,节省了制造过程的资源消耗,因此除了减重之外,节约资源也成为车用塑料用量快速增长的又一大动力。许多塑料材料的供应商在接受采访时都表示,他们在为汽车提供轻量化解决方案的同时,更强调从材料的全生命周期来进行评价,并尽可能使用可回收利用的材料生产零部件。
除了对通用塑料、
工程塑料的用量不断增多,不少汽车企业还将目光瞄准了生物塑料。比如丰田公司曾公开表示,2015年之前将把汽车塑料中的20%(质量比)替换为生物塑料。虽然目前还无法广泛使用生物塑料,但他们对生物塑料寄予了厚望,尤其是在内饰件上的应用。
福特的研究团队正在设法扩大可再生材料与天然材料的应用范围。福特2010Flex的第三排储物箱采用了聚丙烯和20%麦秆混合制成的AgriPlas树脂。重量比全
PP材质储物箱轻10%。据福特估计,在储物箱中用麦秆代替树脂每年将减少2万磅的油耗,减少3万磅的二氧化碳排放。基于大豆油为
原料的树脂混合料也被众多汽车制造商用于聚氨酯泡沫座位,据估计,已有150多万辆汽车使用了大豆聚氨酯材料。
马自达汽车株式会社与广岛大学正式签署合作研发协议,双方将共同推进马自达生物塑料项目。该项目将在非粮作物纤维素生物
原料的基础上研发新型环保生物塑料技术,并力争在2013年之前实现其在车辆上的产业化应用。目前马自达混合动力车的座椅已经应用了帝人公司生产的Biofront耐热型生物塑料。