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| 車用塑料的技術發(fā)展趨勢探討 |
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| 臺州市方圓貿(mào)易有限公司 發(fā)表時間:2012-01-15 08:00:22 |
目前，我國汽車工業(yè)進入了一個高速增長的發(fā)展階段，汽車產(chǎn)銷量雙超1800萬輛，居于********位。在汽車產(chǎn)業(yè)快速增長的拉動下，一個與汽車有關的高增長產(chǎn)業(yè)群業(yè)已形成，以塑料為代表的非金屬材料產(chǎn)業(yè)就是這個產(chǎn)業(yè)群之一。作為汽車材料的重要品種，車用塑料的產(chǎn)值正在不斷增長，同時其技術發(fā)展趨勢也越來越受到業(yè)內(nèi)的關注。
那么，車用塑料的技術發(fā)展趨勢是什么呢？這需要從整個汽車發(fā)展的方向來看。由于未來的汽車更智能、更舒適、更環(huán)保低碳及更便宜，因此車用塑料的發(fā)展趨勢大體可以歸為以下幾個方面：功能化、輕量化、綠色環(huán)保化以及低成本與高質(zhì)量的平衡。
功能化
根據(jù)新浪網(wǎng)對消費者購車的調(diào)查分析可知，車的外型、顏色以及內(nèi)飾的設計已成為消費者購車的重要因素之一，僅次于價格和安全性。由于汽車的價格和安全性相對變化不大，因此汽車的舒適美觀化是消費者最關注的內(nèi)容之一。而汽車的舒適美觀化，離不開材料越來越高的功能性。從消費者對內(nèi)、外飾的要求來看，車用塑料的功能化趨勢體現(xiàn)在低氣味性、顏色多樣性等多個方面。
內(nèi)飾材料的低氣味性是近來消費者關注的一個熱點。新車是否有氣味已成為消費者購買汽車的一個重要因素。雖然我國目前還沒有專門針對汽車車內(nèi)空氣污染而制定的檢測標準，但是很多國內(nèi)的汽車公司已經(jīng)開始針對汽車車內(nèi)材料、安裝工藝的環(huán)保問題進行專題研究。鑒于國際知名汽車主機廠針對汽車內(nèi)飾件所使用的材料都有嚴格的氣味、揮發(fā)性氣體的測試標準，并且這些標準隨著消費者需求的提升而變得越來越嚴格；加之我國的汽車行業(yè)相關標準也日趨與發(fā)達國家看齊，汽車內(nèi)飾材料的低氣味性一定是最近5～10年的一個顯著趨勢。
內(nèi)飾材料的顏色開始呈現(xiàn)多樣化的趨勢。傳統(tǒng)的內(nèi)飾顏色主要以啞光的黑色和米色為主，這主要是從駕駛的安全性考慮——低光澤、冷色調(diào)，使駕駛者的眼睛不易疲勞。然而現(xiàn)在內(nèi)飾的顏色在保證安全的前提下，選擇越來越人性化，以滿足不同消費者的需求。例如，在運動款的車型上采用了鋼琴黑、月光銀等高光澤的顏色效果。這些高光澤的顏色主要用于不影響駕駛員視線的位置，如儀表板腰線以下零件、副儀表板和門板。其主要的設計理念是提升內(nèi)飾的檔次和給消費者在帶來新鮮感。具有橘紅色、嫩黃色等鮮艷色調(diào)的內(nèi)飾，不僅在車主購買時起到吸引眼球的作用，而且在平常的駕駛環(huán)境中可以調(diào)整駕駛員的心情，使其心情變得愉快和興奮。目前，這些鮮艷的顏色在座椅上已獲得了廣泛應用，在儀表板、副儀表板的裝飾條上也開始有所應用。內(nèi)飾材料顏色的多樣性，要求基礎樹脂具有良好的后加工性以及染色性、耐候性。
抗靜電材料也是汽車內(nèi)飾材料的發(fā)展趨勢之一。塑料具有高電阻率和低介電常數(shù)，容易摩擦起電，且電荷很難被導掉，因此容易產(chǎn)生靜電吸塵、干燥環(huán)境下火花放電等不良現(xiàn)象。為解決這一問題，提高駕乘的舒適性，德國大眾汽車從2009年開始要求部分汽車內(nèi)飾件具有永久抗靜電的功能。這些內(nèi)飾件包括手經(jīng)常觸摸的部件，如內(nèi)后視鏡的邊框、頂棚上的眼鏡盒等，所用材料為pc/asa、pa/asa合金等抗靜電塑料。
基于較低的密度和成本，聚丙烯多年來在汽車內(nèi)飾中被廣泛使用。不過，聚丙烯材料也存在一定的問題，比如礦物填充的聚丙烯材料表面易劃傷，出現(xiàn)發(fā)白的現(xiàn)象，影響消費者的使用。最近幾年，這一現(xiàn)象得到了很大的改善，但部分耐刮擦聚丙烯材料又出現(xiàn)了表面易發(fā)粘的不良現(xiàn)象。因此，聚丙烯填充材料以后的一個發(fā)展趨勢是，不僅其耐刮擦性能良好，而且不會出現(xiàn)手感不好的情況。另外由于客戶觸感的需求，汽車內(nèi)飾將會越來越多地使用軟質(zhì)儀表板。這也就意味著發(fā)泡材料及tpo材料會有更多的應用。
能鍍鉻的塑料材料（主要是pc/abs、abs材料）目前被廣泛應用于汽車內(nèi)、外飾上，如汽車徽標、散熱格柵、后視鏡、排擋裝飾件和輪轂罩等等。與金屬相比，塑料電鍍制品不僅可以很好的實現(xiàn)金屬質(zhì)感，而且能減輕制品重量，有效改善塑料外觀及裝飾性，大大提高設計自由度，同時改善其在電、熱和耐蝕等方面的性能。鍍鉻產(chǎn)品由于能彰顯高品質(zhì)形象而被高級車大范圍的使用。例如，上海通用于2009年推出的新君越車型，甚至給后車燈增加了電鍍的“眉毛”，以彰顯新一代高級車的時尚感。近來，這種應用又從b級車擴大到a級車，如上海通用隨后推出的英朗等車型也開始大規(guī)模使用鍍鉻材料。這意味著，電鍍級的塑料材料將會更多地使用在汽車外飾件上。
隨著消費者更愿意與大自然及天空實現(xiàn)更開放的接觸，消費者對天窗特別是全景天窗的需求更為強烈。同時這一趨勢也使得大規(guī)模地使用塑料材料來替代玻璃成為可能，因為使用透明的塑料材料（如pc材料）可以帶來更大的設計自由度，使得天窗具有更大的開口尺寸及更大的有效開口。相信不久的將來，全塑料的全景天窗將會大面積地應用在量產(chǎn)車上。
隨著80后、90后的人群成為購買車輛的主要人群，運動款車型及跑車成為年輕人的新選擇，而運動款和跑車的一個顯著特征便是塑料擾流板（尾翼）的使用。擾流板的主要作用是可以減少車輛尾部的升力，如果車尾的升力比車頭的升力大，就容易導致車輛過度轉(zhuǎn)向、后輪抓地力減小以及高速穩(wěn)定性變差。由于塑料擾流板大部分由吹塑級abs經(jīng)過成型、噴涂后制作而成，因此吹塑級abs材料將會更多地使用在汽車擾流板上。
輕量化
汽車材料技術發(fā)展的另一個主要方向是使汽車輕量化，減輕汽車自身重量是降低汽車排放、提高燃油效率的最有效措施之一。汽車的自身重量每減少10%，燃油的消耗可降低6%~8%。預計未來10年內(nèi)，轎車自身重量還將繼續(xù)減輕20%。除了高強度鋼材和鋁鎂合金的使用，汽車輕量化最重要的手段是新型輕量化塑料材料的開發(fā)與應用，目前“以塑代鋼”已經(jīng)從汽車結(jié)構(gòu)件擴展到整個汽車的內(nèi)外飾件。
在內(nèi)飾材料中，一個顯著的趨勢是lft材料的應用。lft是英文“l(fā)ong-fiberreinforcethermoplastic”的簡稱，中文譯為長纖維增強熱塑性塑料，又習慣稱之為長纖維增強熱塑性復合材料，它是纖維增強聚合物領域的一種新型高級輕量化材料。據(jù)最新統(tǒng)計，汽車行業(yè)的lft消耗量約占世界lft行業(yè)總消耗量的80%。其中，歐美lft消耗量大約占95%（歐洲占80%，美國占15%）。lft材料目前在汽車內(nèi)飾應用最多的是pp長玻纖增強材料，主要應用于軟質(zhì)儀表板骨架。長玻纖材料不僅具有良好的剛性和強度，而且其抗沖擊強度也遠比過去的短玻纖填充材料高。這種玻纖增強材料已開始在汽車門內(nèi)模塊內(nèi)大量使用，以取代過去的鋼鐵。因為長玻纖增強材料不僅可以降低整個零件的重量，而且其設計自由度大幅提高，從而方便了工程人員的設計。內(nèi)飾件的薄壁化也會減輕汽車的重量，目前內(nèi)飾部件的平均壁厚已從過去的3mm減少到現(xiàn)在的2.2mm左右，而且還有更薄的趨勢。由于薄壁化需要材料具有更高的模量和流動性，因此從長玻纖增強材料在更加輕薄內(nèi)飾件中將會得到更多的應用。這里順便提及的是，通過結(jié)合高低溫冷熱成型（heatandcold）技術，長玻纖增強材料還能夠更好地實現(xiàn)在零件a級面上的使用。例如，對于儀表板除霧格柵產(chǎn)品，采用pbt/asa+15%gf的材料替代傳統(tǒng)的pc/abs材料，不需要二次噴涂，就可直接通過材料和模具實現(xiàn)啞光的效果。
在外飾材料中，“以塑代鋼”的案例更多，保險杠的前端模塊近幾年開始使用pp長玻纖增強材料；保險杠緩沖梁則由pc/pbt材料替代過去的鋼鐵材料；一些suv車型上的行李支架越來越多的由工程塑料制成；可以和白車身一起進行電泳涂裝的pa/ppe材料目前也已經(jīng)開始應用在翼子板上，如東風標致雪鐵龍的多款車型都采用了這種塑料翼子板。值得注意的是，使用塑料翼子板的趨勢在汽車行業(yè)已越來越明顯。
在汽車發(fā)動機周邊零件中，“以塑代鋼”的趨勢則更為顯著，包括進氣歧管、汽車發(fā)動機蓋及油箱等諸多零件。這些零件通常采用的材料以尼龍玻纖填充材料為主。
綠色環(huán)保化
綠色制造日益成為汽車制造業(yè)的主要發(fā)展方向。特別是自歐盟議會及歐盟理事會通過了elv相關指令（廢棄車輛指令2000/53/ec和汽車關于可回收利用性形式批準指令2005/64/ec)后，對汽車的設計、材料的選擇以及制造等均提出了更高的要求。根據(jù)elv的回收指令規(guī)定：自2006年1月1日起，每一輛報廢汽車，其平均重量至少應有85%能夠被再利用，其中，材料回收率至少為80%。自2015年1月1日起，這兩項指標將分別提升至95%和85%。這就意味著，汽車零部件的設計及其選用材料應遵循便于回收利用的原則。因此，汽車用非金屬材料的總體發(fā)展趨勢是共用化，也就是材料的集中化。當然，材料的選擇應盡可能地選擇可以回收的熱塑性材料，也就是盡量少用和不用熱固性材料。因此從回收利用的角度來看，熱塑性材料會更廣泛地應用在汽車內(nèi)外飾中，這樣，材料的集中化和共用化也就順理成章。近年來，內(nèi)飾材料尤其以改性聚丙烯類材料的共用化趨勢較為明顯。當然，推動聚丙烯類材料大量使用的驅(qū)動力不僅僅是受到elv相關指令的影響，更重要的是，通過聚丙烯材料的共用化，一方面降低了整車廠對非金屬材料的使用成本和管理成本；另一方面，聚丙烯材料較低的密度和較高的流動性，更有利于減輕零部件的重量和提高工藝性等。
高質(zhì)量與低成本的平衡
高質(zhì)量與低成本的平衡不僅僅是汽車主機廠的設計要求，而且也是汽車用材料的發(fā)展方向。如何能夠做到高質(zhì)量與低成本的平衡，是目前國內(nèi)外汽車主機廠最為關注的焦點問題之一。通常，在國內(nèi)合資品牌車廠都有“vave”的過程，也就是通過技術的提高來降低成本。比較常用的手段是實現(xiàn)原材料國產(chǎn)化。正是由于大規(guī)模的優(yōu)秀國產(chǎn)材料供應商的加入，才使得汽車總成本的降低成為可能。然而，汽車主機廠如果僅僅考慮單方面的原材料的成本降低是遠遠不夠的，因為原材料成本的降低是有限的，降低幅度一般在10%～20%之間。而如果能夠?qū)λ貌牧线M行革新或是采用降低系統(tǒng)成本的方案，那么零部件的成本節(jié)約可以達到50%，甚至更高。
目前，用于制造汽車內(nèi)、外飾的“免噴涂方案”就是一個很好的降低系統(tǒng)成本的方法。過去，汽車內(nèi)飾材料通常采用對塑料基材進行噴漆的手段來達到內(nèi)飾美觀的功能。表面裝飾漆不僅可以保護樹脂基材，而且可以實現(xiàn)高光、啞光等表面效果，并同時實現(xiàn)耐侯，耐刮擦等功能。但是，噴涂工藝也帶來了一些問題：首先，流程較為復雜，注塑毛坯件后，需要增加運輸、預處理及涂裝等基本環(huán)節(jié)，部分噴漆工藝還需要底漆、面漆及uv固化漆等多道生產(chǎn)工序；其次，每個制程產(chǎn)生的缺陷件由于已經(jīng)噴涂過熱固性油漆，不易剝離，導致最后回收困難，污染環(huán)境；再次，內(nèi)飾件使用不可回收的熱固性油漆，也給滿足elv法令的要求帶來了挑戰(zhàn)；最后，使用油漆使得整個零件的成本一般增加1倍甚至2倍。
現(xiàn)在，隨著材料和模具工藝的發(fā)展，采用免噴涂材料直接注塑成零件（moldincolor）來滿足主機廠的要求，已成為內(nèi)飾應用的新趨勢。免噴涂產(chǎn)品表面不用擔心橘皮現(xiàn)象，即便有損傷，也不會出現(xiàn)露底現(xiàn)象（基材與面漆有明顯色差）。目前許多材料廠商都推出了汽車用免噴涂啞光系列樹脂，它們包括低光澤pc/abs、低光澤pa/asa和pa/abs、低光澤耐熱abs以及pbt/asa玻璃纖維填充材料。這些材料已經(jīng)應用于轉(zhuǎn)向柱蓋、手套箱、中央面板飾框、遮陽板、立柱飾板及儀表板兩側(cè)堵蓋等汽車內(nèi)飾件。
未來，針對汽車內(nèi)飾多樣化的發(fā)展需求，原材料廠商還將推出用于汽車內(nèi)飾的高光澤（如鋼琴黑）材料以及特殊效果（類似金屬漆效果）等免噴涂樹脂，以為汽車內(nèi)飾多樣化設計提供系統(tǒng)的材料解決方案。
在外飾的應用方面，免噴涂方案也大有用武之地，并且應用范圍逐步擴大。例如，asa及pmma材料在門外飾柱（a、b、c柱）的使用就是典型的案例。
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