据了解,乘用车百公里6.7升的第四阶段油耗限值标准已于201611日起全面执行,2020年车企更面临着百公里5升的油耗限值大考。在这样的“严考”背景下,各大车企正在寻求多种路径降低油耗和排放,其中车身轻量化是重要途径之一。那如何实现塑料的轻量化?目前,主要的方式有以下四种:


1
薄壁化
通过制件薄壁化,来实现产品减重。比如,典型内饰件厚度已由3mm降低到2.2-2.5mm,外饰件已降低到1.8-2.5mm,而产品的薄壁化需要材料具有三高特性——高流动、高刚性、高韧性,同时兼顾良好外观

如何实现汽车轻量化?四大方案为你解读!!
如何实现汽车轻量化?四大方案为你解读!!
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下面以应用于大众丶福特丶吉利汽车的材料(沃特提供)为例,看看这些材料的具体性能。

项目   

测试标准

单位

PP 7000-2330LV

PP 7000-IP2420LV

PP  7000-IP2430LV

PP 7000-IP2520LV

Item

Standards

Units

PP+EPDM-T15

PP+EPDM-T20

PP+EPDM-T20

PP+EPDM-T25

密度    

ISO 1183-1

g/cm3

1.02

1.06

1.07

1.09

Density

燃烧残余

ISO 3451-1

%

16

20

20

25

Ash

拉伸强度

ISO 527-2

Mpa

20

20

21

21

Tensile Strength

弯曲模量

ISO 178

Mpa

1650

1840

1920

1960

Flexural Modulus

缺口冲击强度 23℃

ISO 180

Kj/m2

26

46

32

32

Notched Impact Strength 23℃

缺口冲击强度 -40℃

ISO 180

Kj/m2

2.2

3.2

2.6

2.6

Notched Impact Strength -40℃

热变形温度  0.45MPa

ISO 75-2

98

100

102

104

HDT 0.45MPa

材料收缩率

WOTE method

%

1.1-1.3

0.9-1.1

0.9-1.1

0.8-1.0

Material Shrinkage

熔体流动速率 230℃*2.16Kg

ISO 1133-1

g/10min

30

20

30

20

MFR 230℃×2.16kg

对应主机厂标准

大众 TL52388D    吉利QJLY-J7110168A

通用 STMA012
奇瑞 SQR.04.137

通用 STMA012B    福特 WSS-M4D550-A10

福特 WSS-M4D550-B

主要性能特点

低气味,低VOC,耐刮擦,抗发粘,良好的刚韧平衡

低气味,低VOC,耐刮擦,抗发粘,高抗冲,良好的刚韧平衡

低气味,低VOC,耐刮擦,抗发粘,优异的加工性能,良好的刚韧平衡

低气味,低VOC,耐刮擦,抗发粘,良好的刚韧平衡

 

2
材料替代

材料代替是实现轻量化另外一个重要方法。如采用低密度的PP/GF材料替代高密度的PA/GF材料。当然,这个替代并不是简单的取代,而是通过更优化的材料替代解决方案,最终评定结果方可。

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图 长玻纤增强PP材料


3
低密度材料

降低设计材料密度,如低填充(0-10%)PP材料的大量应用,低密度材料需要更高的刚性。比如,沃特根据实际要求针对性的开发了高结晶PP和高性能PP+EPDM-T10材料,低填充聚丙烯具有耐刮擦好,综合性能略低或不低于T20系列材料,减重效率高且不需要额外改造或增加设备,在轻量化开发中得到了广泛的应用。


4
发泡技术

发泡技术是可以大大降低材料的重量。当然,发泡材料必须是在不影响材料应用的前提下方可。目前,主要通过注塑发泡技术,来大大降低材料的重量。其中,注塑发泡技术可以根据模具填充方式,可以分为开模发泡技术和闭模发泡技术。

开模发泡技术需要针对模具合模结构进行修改,发泡程度更高;闭模发泡适用于普通注塑模具,但发泡程度稍低。

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图 开模发泡

竟然说到注塑发泡,那什么是注塑发泡呢?下面我就具体来看看,材料是如何实现发泡并且大大降低自身重量的。注塑发泡技术按发泡剂的初始状态分为物理发泡技术和化学发泡技术:

Ø 物理发泡技术:美国卓细(Trexel)公司于上世纪90年代中成立并获得美国麻省理工学院的所有专利授权,将微发泡技术(MuCell)商品化并继续大展,现在已在世界各地获得70多个相关的专利。MuCell现已成为了一个非常成熟的革新技术在全世界被广泛使用。2011MuCell即被用来生产2012福特Escape SUV和在欧洲推出的福特Kuga紧凑型SUV的仪表板上的两个零部件,即基板固定架和拔顶装置。

物理发泡的特点:对材料要求低,外观较差,不能直接用于外观件。

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图 物理发泡原理图

 


但物理发泡常见外观缺陷也不少


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图 破泡

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Ø 化学发泡技术:化学发泡则以其发泡均匀、外观良好适用于外观件,成本低,设备要求低等优势近年也得到广泛研究。其中,以沃特PP 7000-2450为例,是专门针对化学发泡技术开发,具有极高的流动性,优异的刚韧平衡,解决了普通材料熔体强度低,发泡后性能下降严重的问题。

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图 5Ø沃特PP 7000-2450发泡效果(闭模发泡-减重6-10%)

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图 PP 7000-2450发泡效果 (开模发泡-减重12-20%)

 

最后,以沃特针对轻量化开发的高性能材料为例,来看一下材料轻量化的解决方案!

项目   

测试标准

单位

PP 7000-0015HCLV

PP 7000-2220LV

PP   7000-2450

PP     7000-3615

Item

Standards

Units

高结晶PP

PP+EPDM-T10

发泡专用PP+EPDM-T20

PP+30%GF

密度    

ISO 1183-1

g/cm3

0.91

0.98

1.05

1.13

Density

燃烧残余

ISO 3451-1

%

-

11

20

30

Ash

拉伸强度

ISO 527-2

Mpa

25

24

19

92

Tensile Strength

弯曲模量

ISO 178

Mpa

1310

1410

2000

6800

Flexural Modulus

缺口冲击强度 23℃

ISO 180

Kj/m2

14

37

37

14

Notched Impact Strength 23℃

缺口冲击强度 -40℃

ISO 180

Kj/m2

2.1

2.8

2.5

-

Notched Impact Strength -40℃

热变形温度  0.45MPa

ISO 75-2

98

97

102

151

HDT 0.45MPa

材料收缩率

WOTE method

%

1.4-1.7

1.15-1.35

0.9-1.1

0.3-0.5

Material Shrinkage

熔体流动速率 230℃*2.16Kg

ISO 1133-1

g/10min

16

20

50

15

MFR 230℃×2.16kg

轻量化优势

替代PP+EPDM-T15材料,减重12%

替代PP+EPDM-T20材料,减重8%

用于注塑发泡成型,减重10%

替代PA6+30GF,耐热稍低,减重20%

对应主机厂标准

 福特WSS-M4D638-B      大众 TL52452    大众 VW44045-PP4

大众 TL52388G

-

大众 VW44045-PP10

主要性能特点

低密度,高刚性,低气味,低VOC,耐刮擦,抗应力发白

低气味,低VOC,耐刮擦,抗发粘,优异的刚韧平衡

优异的刚韧平衡,优异的加工性能,高熔体强度,发泡后性能损失低

优异的尺寸稳定性、高刚性、高耐热、耐长期老化

 

关于沃特


沃特新材料创建于2001年,专业从事特种高分子材料、环保工程塑料的研发、生产、技术咨询及其相关国际贸易。 总部位于深圳南山智恒战略性新兴产业园,为国家高新技术企业,广东省制造业100强。下设两个制造基地、三个研发中心,并在欧洲、香港、华南、华东各地设有分支机构。目前,由国内外专家带领的研发团队针对汽车材料要求进行了深入的研究,已成功开发了十几个品种500多个牌号的汽车专用料,全面覆盖了汽车材料需求。


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始发于微信公众号:艾邦高分子

作者 ab

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