国六升级大大推动汽车塑料化需求

如果说早几年前“升级国六”还是悬在众汽车厂家头顶的达摩克里斯之剑,那么从去年开始这把“悬顶之剑”就真让厂家急迫起来了。
所谓国六,是指国家第六阶段机动车污染物排放标准,包括《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》和《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》2部分,由环境保护部、国家质检总局分别于2016年12月23日、2018年6月22日发布。
从《全国轻型汽油车排放标准升级时间表》看,国六即便比国五严苛得多,却并没有留给汽车厂家多少时间准备,三年的切换速度非常之快。 

全国轻型汽油车排放标准升级时间表
标准
开始时间
使用时间
国一
2000年7月1日
5年
国二
2005年7月1日
3年
国三
2008年7月1日
3年
国四
2011年7月1日
6年
国五
2017年7月1日
3年
国六a
2020年7月1日
3年
国六b
2023年7月1日

按理说国六升级是针对发动机的技术升级,与轻量化没有直接联系,其实不然。

国六法规测试涉及到多种整车工况测试,提升轻量化表现是重要手段之一。
一方面来说,国六升级主要针对的是热管理技术和燃烧控制技术,这将不可避免地在某些工况下为了满足排放法规而牺牲掉部分动力性。
我们知道反应汽车真实动力性表现的是“比功率”,所以为了弥补缺失的动力,就必须提高轻量化表现。
另一方面,国六法规测试涉及到多种整车工况测试,本质来说还是对节能性和减排的考察,所以提高轻量化表现是重要手段之一。

实现汽车轻量化的主要途径有结构优化设计、轻量化材料应用和采用先进制造工艺,采用轻质材料,特别是塑料是主流做法。
在汽车生产中,100kg的塑料可以替代200-300kg的其他材料,从而实现每百公里0.5升以上的节油。

这一轮的变革在打破传统认知
面对国六即将全面到来,汽车轻量化的技术升级在最近一两年发展迅猛。内外饰中的塑料保险杠、挡泥板、车轮罩等配件的使用已成为常态。
新能源汽车对树脂如尼龙、聚丙烯、聚氨酯和其他工程塑料的需求量非常大,约占树脂市场需求总量的30%以上;对聚乙烯醇缩丁醛的需求量更是占到总需求量的85%以上。

新一轮的产品变革中,像塑料前端框架、塑料尾门、塑料进气歧管等也已经成为重点发展对象。
这一轮的变革还有些打破传统认知,因为有些汽车零部件的塑料化不仅能带来轻量化提升,还能收获意外的效果。
我们拿塑料进气歧管来说,由于歧管形状复杂,用铝合金铸造将不可避免地增加内壁粗糙度,这会加大空气阻力,导致噪声大、燃烧不充分、废气排放多等问题。

汽车塑料进气歧管。

近年来由于振动焊接技术的发展,对于大尺寸的玻纤增强PA66的焊接技术日趋成熟,为此歧管可用注塑成型为二片歧管零件,经振动焊接而成为一体。

这种处理工艺的好处是能大大降低内壁粗糙度,对以上问题均有缓解,为节能减排贡献一份力量。

能收获意外效果的案例还出现在座椅骨架塑料化上,韩华先进材料公司(Hanwha Advanced Materials)提出的GMT-PP汽车座椅框架概念很新潮。
该框架采用玻璃纤维毡增强热塑性塑料聚丙烯(GMT-PP)复合物制成,除比现有的钢制框架减重15%~20%外,还可减少22%的组件、不会有钢材腐蚀问题,并且因无需焊接,装配成本也降低了不少。

塑料成型工艺的先天优势使得座椅设计变得更加多元,比如可以重新设计捆绑和保持行李的位置等。
现在的座椅设计比较单一,随着自动驾驶的发展,座椅作为内饰设计中极为重要的一环,变化应该更多元,所以这个变化是积极的。
塑料化符合“真香定律”
由以上可以看到,对于塑料的使用,厂家虽然有担心认可度低的心理,但事实证明这符合“真香定律”。
所以其中不乏做法先锋的厂家让人眼前一亮,比如“复合材料板簧”的使用就很有先锋性,这种复合材料的主要成分包括增强纤维和树脂基体,然后经过RTM工艺合成在一起。

复合材料板簧的总重量(含金属接头)仅为钢板弹簧的一半,可以实现轻量化并降低簧下质量。
又因为载荷分布更均匀、自带的阻尼特性可加快振动衰减、单片簧结构能减缓异响等因素加持,还能提高乘坐舒适性。

复合材料叶片弹簧结构。
最新款的沃尔沃XC60底盘悬架中就采用了这种复合材料叶片弹簧,由玻璃纤维(本特勒公司提供)和聚氨酯(汉高公司提供)加工而成。
其实不仅仅是沃尔沃,国外的一些轻量化重卡车和客车都开始采用复合材料叶片弹簧结构。我们知道重卡和客车的使用工况会比乘用车更恶劣,这也直接说明复合材料叶片弹簧结构的耐久性并不差。
类似的,特斯拉在Model 3的前悬架上叉臂上采用了塑料材质,新宝马5系后悬架控制臂的连接杆也采用了塑料材质,虽然比不上沃尔沃XC60激进,但无疑是在释放一个信号——塑料在结构件上也能担当重任。

除上述有特点的汽车部件外,汽车零部件塑料化的情况还有很多,比如汽缸盖、垫圈、手柄、操纵杆、固定支架等用玻璃纤维增强塑料制造。
水泵叶轮、排气阀、油门踏板、轴套、齿轮、滑块、锁定装置固定垫片等用聚甲醛制造。
转向盘开关壳体、车门锁杆按钮、仪表板插片、启动拉索手柄等用ABS材料制造。

“升级国六”敲醒了汽车新能源化警钟
从另一种角度说,“升级国六”是给各厂家敲醒了汽车急需新能源化的警钟。
在升级传统燃油车的同时,在新能源领域尽快挣得一定的市场份额和积累一定的技术是各家当务之急。
我们能看到,在新能源动力电池结构中,支架、框架和端板通常会选择有阻燃性的PPE、PC/ABS合金及阻燃增强PA材料,正是为了提高轻量化表现。
其实除了以上塑料件的使用外,新能源汽车塑料件的使用不论是深度还是广度都大有可期,这片市场有着广阔的发展空间。
我们拿2018年来说,中国车市出现自1990年以来的首次年度下滑,全年销量止步2808.06万辆,同比下降2.76%。
但新能源汽车市场却逆势增长,销量同比大涨61.7%至125.6万辆,超额完成100万辆销量目标。

新能源汽车全球销量第一的比亚迪股份有限公司董事长兼总裁王传福表示:“我们保守估计 2025 年,新能源汽车市场占有率将会达到30%,这是一片新蓝海。”

就发展情况看,过去一两年,很多传统企业推出了自己的纯电平台,而非坚持油改平台。随着纯电平台的推出,很多传统技术壁垒将被打破,这将有利于塑料件的投入使用。

以上我们聊到了新能源动力电池对塑料件的青睐,其实塑料件的使用并不局限于此。充电口的材质目前市场上有全塑胶和塑胶+金属两种;就高压电气来说,目前有一部分金属外壳在不需要考虑屏蔽问题的前提下可以做以塑代钢处理。
在今年的米兰设计周期间,设计工作室Mandalaki和Estrima合作推出了一款概念车Estrima,它定位为4轮全电动城市车。这款新车使用了80%的再生塑料(另20%主要是PVC),并预计将在7月份开始销售。
新能源汽车塑料化
而就塑料材料的选择上,LFT改性塑料即长纤维增强热塑性塑料已然成为热点项目。
LFT的增强纤维有玻璃纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、不锈钢纤维等,其中以玻璃纤维为主;基体材料主要有聚丙烯(PP),此外还有PA、PPA、PBT等。它作为纤维增强聚合物领域的一种新型轻量化材料,具有良好的尺寸稳定性、优良的耐冲击性和化学稳定。

长纤维增强热塑性塑料已然成为汽车热点项目。

LFT改性塑料被应用于多处车身配件上,可被用于制作结构和半结构部件,例如前端模块、保险杠大梁、仪表盘骨架、电池托架、备用轮胎仓、座椅骨架、脚踏板、发动机罩、行李架、全景车窗等车身配件。
除LFT改性塑料的使用外,我们知道新能源汽车起火问题很敏感,包括连接器、接插件、开关件等充电连接元件和充电桩壳体、电源模块外壳、充电器外壳等壳体部件都对材料要求有良好的电气绝缘性、阻燃性(UL94 V0)、高耐热性。

目前,世界各国没有统一的车用电压标准,各大新能源汽车企业采用的电压各有不同。
拿发展较为成熟的比亚迪来说,他们的新能源车高压电压可达690V,瞬间脉冲可达800V以上。如果不采用阻燃材料,一旦电压击穿或遇高温,可导致整车漏电或自燃等事故。所以阻燃材料的技术提升是迫在眉睫。
就这点来说,改性塑料成为一大热点。改性塑料在汽车工业的作用和地位越来越明显,PP、PA、PC、POM、PPO、PBT、ABS等都在汽车上得到了较为广泛的应用。
我们拿电池箱体来说,目前大部分采用高强度的钢、轻金属,很少部分在尝试用SMC取代金属。改性PPO材料则是锂电池防护壳非常理想的材料之一。因为它有耐化学性好,阻燃性能强,耐低温及抗冲击性能,对钴酸锂、锰酸锂等材料具有良好的耐腐蚀性等优点。

在节能环保、以塑代刚的趋势下,汽车用改性塑料材料将进一步得到提升,车用改性塑料材料也将迈向大规模推广应用。

总结
以上,我们从“升级国六”出发,聊到了传统燃油车的技术升级对汽车轻量化的需求越来越大,在轻量化升级过程中不乏带来附加效果的塑料产品。

而随着国六的推动,整个汽车行业的变革正在加快,新能源领域会是下一阶段的重点攻坚方向。
在各厂家看到足够诱人的市场前景,并已经摆脱了以往的迷惑后(油改平台、不敢放手一搏等),新能源汽车的轻量化技术会迎来真正的大爆发时代。
但这对我们的技术提升要求是不小的,一来,塑料材料要越来越多承担起结构件或半结构件的重任(比如特斯拉Model 3的前悬架上叉臂);再者,如何解决新能源汽车自燃问题是逃不掉的难题。
其实还不仅仅这些,从去年奥迪致癌门事件看,车内Vocs的控制也会在未来被严密重视,汽车塑料件在环保工艺上还得再加把力气才行。
当然了,从危机中,我们是能看到积极地一面的。塑料件的使用带来的轻量化提升是立竿见影的,在传统汽车结构优化不大能有大突破的情况下,它将背负起重任。
而且塑料件的使用也间接推动了焊接工艺的发展,我们知道塑料激光焊接技术属于非接触焊接技术,同其它焊接方法相比,它具有非接触、不漏水、焊接速度快、精度高、焊缝强度高、无飞边、热应力最小、易于控制、灵活性好、适应性好等诸多优点。

车用塑料的连接是其广泛应用的关键环节,可以说,塑料焊接技术水平高低将会是衡量汽车生产技术水平及新材料开发水平的标志之一。

总而言之,“升级国六”是一个触发点,在未来,车用塑料将引来越来越可观的深度和广度。这片市场还有很大的空间和技术有待大家去挖掘。
为促进汽车用塑料轻量化,环保,安全,舒适性和个性化发展,现艾邦建有新能源汽车材料群,欢迎产业链上下游的朋友入群探讨,共谋进步。

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本文来源:CPRJ中国塑料橡胶
活动推荐:邀请函:第二届汽车内饰智能表面高峰论坛(7月18~19 日,上海)

论坛议题&嘉宾:

Forum topics & guests :

编号
No.
议题
Topics
演讲嘉宾
Speakers
2019年7月18日
1
9:00
~
9:30
智能汽车驾驶座舱人机交互设计与测试方法
Smart cockpit HMI design and testing
同济大学 副院长 ,博导,教授:王建民
Tong ji university
2
9:30
~
10:00
薄膜新技术在汽车智能内饰表面的应用
Application of new film technology in automotive smart interior surfaces
麦德美乐思膜片负责人: Warwick Peter
Film supplier: MacDermid
10:00
~10:30
茶歇
Tea break
3
10:30
~
11:00
智能表面在汽车内饰的发展需求
The development of smart surfaces in automotive interiors
泛亚汽车:施君鸿
PATAC
4
11:00
~
11:30
IML智能中控及氛围内饰技术解决方案
IML Intelligent Centering and Atmosphere Interior Technology Solution
安徽徽合台 技术总监 王秉亚
Tier suppliers:Yichang
5
11:15
~
12:00
AFAGAR Coating技术详解以及在汽车智能表面中的应用案例分析
Application of AFHC Technology in Anti-fingerprint and Anti-scratch of Automobile
申威新材料 袁慧雅 博士
Shenwei new material: Dr.Yuan
12:15
~13:30
午餐
Lunch
6
13:30
~
14:00
汽车智能表面新材料技术的应用
Application of new material technology for automotive intelligent surface
科思创 OEM 大客户经理: 陈涛
Plastic material supplier
7
14:00
~
14:30
UV光固化在汽车内饰中的应用
UV Curing Applications in Automotive Interiors
贺利氏 Joesel, Kevin
Heraeus
8
14:30
~
15:00
智能表面IC电子解决方案
Smart Surface IC Electronic Solutions
赛普拉斯:宫江海
IC supplier:Sypress
15:00
~15:30
茶歇
Tea break
9
15:30
~
16:00
透明导电聚合物功能薄膜在汽车智能表面的应用
Transparent Conductive Polymer Automotive Smart Surface
莫仕 技术总监: 王强
Conductive Polymer Suppliers
10
16:00
~
16:30
碳纳米管在汽车智能表面的应用
Carbon nanotubes on the smart surface of cars
CANATU 大中华区总监: 颜国义
Carbon nanotube supplier
11
16:30
~
17:00
光学贴合工艺在汽车智能表面的应用
Optical bonding process in automotive smart surface applications
伟亚光电:中国区销售经理 刘年虎
Optical bonding supplier
12
17:00
~
17:45
圆桌会议:汽车内饰智能表面的发展趋势和行业痛点
Table discussion: Trends and challenge in automotive smart surfaces
拟邀请行业内专家4~5名讨论
Invite 4~5 experts from the industry
18:00
~20:00
晚饭
Dinner
2019年7月19日
1
9:00
~
9:30
ColorForm 色彩成型——一步处理获得完美表面
ColorForm color forming – one step to get the perfect surface
克劳斯玛菲机械 应用工程师:项庆朋
kraussmaffei
2
9:30
~
10:00
汽车智能表面未来的材料发展趋势
Meterial trends for Automotive intelligent surface in Future
Style-vision Asia合伙人创意总监:Agnes kubiak
Co-founder & creative director
3
10:00
~
10:30
智能表面的发展对汽车色彩材质设计的影响
Smart surface and Automotive CMF design
拜腾汽车 色彩及材质设计经理 李紫薇
BYTON
10:30
~11:00
茶歇
Tea break
4
11:00
~
11:30
Smart RGB LED 在汽车智能表面的光学应用
Optical application of Smart RGB LEDs on automotive smart surfaces
欧司朗 高级市场经理 窦明杰
LED supplier:Invited OSRAM
5
11:30
~
12:00
佛吉亚智能表面的开发应用案例
Fraurecia smart surface development application case
佛吉亚 智能表面主管 施寅杰
Tier suppliers:Fraurecia
6
12:30
~
13:00
智能内饰传感器应用介绍
Smart sensor for automotive interior
富士康 业成集团 英特盛  蔡明宏
Touch solution supplier
 
13:00
~14:00
午餐
Lunch

赞助及支持企业:
1. 余姚市锐麒电子有限公司
2. 麦德美乐思
3. 安徽徽合台智能科技有限公司
4. 盱眙瑞蒙科技有限公司
5. 苏州星泽激光科技有限公司
6. CANATU
7. 浙江显福电器有限公司
8. 科思创(上海)管理有限公司
9. 深圳市智宇鑫创科技有限公司
10.深圳市百丰科技股份有限公司
11.佛吉亚(中国)投资有限公司
12.伟亚光电(苏州)有限公司
13.MOLEX
14.克劳斯玛菲
15.英特盛科技股份有限公司
16.贺利氏特种光源
17.广州申威新材料科技有限公司
请加微信并发名片报名此次会议
邓小姐:
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