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    愈演愈烈的“汽車輕量化”——訪前福田集團雷薩研究院副院長兼材料所所長朱雷先生
    發布時間:2017/7/6 18:56:02   瀏覽次數:2155

    近年來,世界各國燃油經濟和排放量等不斷嚴苛的標準對汽車制造業提出更高要求,因汽車的整體重量直接關系到燃油效率、排放、油耗、環保,所以汽車輕量化勢在必行。無疑,包括塑料、復合材料、鋁合金等在內的多種輕質材料在汽車工業中具有令人期待的發展前景。

    一直以來,一提起塑料及復合材料,人們腦海里跳出的大多會是實用性、輕量化等這些詞語。確實,相對于這些幾乎滲透進人們日常生活中每一個角落的普通概念來說,塑料及復合材料專業顯得太樸實、太低調了,低調得幾乎讓人產生一種神秘感。然而,就有那么一批專業人群,他們守望著這份樸實,享受著這份低調。

    1991年北航聚合物基復合材料工程專業畢業的朱雷,在2012至2014期間,任福田集團雷薩研究院副院長兼材料所所長,主攻方向是碳纖維復合材料在汽車產品輕量化上的應用。

    如今47歲的他早已經過了“四十不惑”的人生階段,他在汽車行業深耕細作多年,探討了塑料及其復合材料在汽車行業的重要發展方向,也舉例分享了如今汽車塑料零部件在開發與應用方面的創新。

    記者:汽車塑料零部件作為汽車工業的基礎,是支撐汽車工業持續健康發展的必要因素,可否說明如今汽車塑料零部件在開發與創新方面的應用?

    朱雷: 從材料的基礎特性而言,可以歸納為幾個方向:可回收性、燃燒特性、纖維增強塑料(碳纖維復合材料)對金屬的替代。

    “可回收性”方面我的看法是:除了PP,其他材料,包括聚氨酯、環氧樹脂都難于回收成為初始原料,甚至包括以日本企業為主開發的熱塑性樹脂碳纖維增強復合材料,都還不具備回收的可行性,所以謹慎歡迎繼續的研究,但反對投入大規模工業化生產,否則,帶來的垃圾將是極其可怕的。

    而“燃燒性能”可以這樣理解:在飛機和火車上,難燃、低煙、自熄已經成為非金屬材料被使用的先決條件,汽車,尤其是乘用車,引入這一理念相信是指日可待了。

    記者:您更看好塑料及其復合材料在哪些汽車部件的發展前景?

    朱雷:復合材料在汽車上,尤其是乘用車上用量會增加,我看好的方向是車架或者說是承載式車身的下半部分。

    我個人認為,中國汽車企業并沒有把主要精力放在認真研發上,而是一味地模仿。因為復合材料零部件與車身的連接方式不是傳統的焊接、鉚接,而是膠接,這將顛覆現有的汽車總裝流水線的布置,加之對未來市場的預期的不確定,現實中在中國車企阻力極大。

    但是,核心技術不是大問題,BMW從0到1也就經歷十年多的時間,相信中國人在這方面肯定能做得更好。

    記者: 寶馬i3是復合材料在汽車行業應用的里程碑式進展。除此之外,還有哪些車企在復合材料的應用方面有獨到之處?請舉例說明。

    朱雷:現在制約EV電動車發展的主要是電池的技術障礙,除了寶馬,其他企業在復合材料應用領域的水平差不多,德國之前的表現一直好于美國、日本。日本最近在熱固性復合材料上處于下風,而熱塑性方面顯得突出一些,但總體來說,只有寶馬i3,其他車企還確實無人能及。

    記者: 2016年底,寶馬傳出有意在下一代寶馬i3 上取消纖維車體的運用,改為鋁合金車架的設計。這是一種技術倒退嗎?或者說,復合材料的發展必須要解決哪些難題,才有可能與傳統優勢材料一爭?

    朱雷:我認為,首先,鋁合金并非傳統材料,在乘用車上大規模應用也是近期的事,否則,早就被廣泛應用了。其次,芳綸纖維在飛機上的應用并沒有持續擴大,硼纖維幾乎要退出了,如果解決不了可回收問題,碳纖維必須退出,因為要考慮到環保問題。

    而且,從寶馬i3的車身分析,主車架與電池盒是一體的,本身就是鋁合金的,只是鋁合金與碳纖維復合材料的比例分配問題,談不上技術倒退。

    記者:這些新的趨勢對OEM廠商提出了哪些新的要求?由此推動了哪些技術的進展?

    朱雷:對于碳纖維復合材料的兩個重要的成型方式HPRTM(HIGHPRESSURE-RTM)和LLD,現在還在不斷完善中,但生產效率和產成品質量都在提高中。甚至熱塑性RTM的生產效率也在快速提高,成本也不是不可逾越的,但解決不了可回收性。

    記者:現在一種汽車零部件可能由多材料制成,比如塑料、鋼材、碳纖維及復合材料,中國的OEM廠家或者一級供應商一般有沒有一個專門的機構去推進這方面的工作?

    朱雷:中科院寧波所、康得復材、浙江精功等單位都在小心嘗試。我個人認為,如果復合材料在與鋁合金的競爭中最終獲勝,中國可能還需要像當年引進汽車一樣,重新引進OEM生產線。

    工程塑料和復合材料經常一起出現,特別是在汽車領域。據悉,國外汽車品牌現在已經大規模使用塑料復合材料[主要是玻纖增強復合材料如:長纖維增強熱塑性材料(LFT)等]和高性能的工程塑料等,而國內自主品牌汽車在塑料復合材料上的應用(重量占比)卻相對較少。這也反映了我們整車輕量化技術水平的差距。我國目前平均每輛汽車塑料用量占汽車比重的5%-10%,預計到2020年,汽車平均塑料用量將可能達到500kg/輛以上,約占整車用料的1/3以上。

    隨著新能源汽車的廣泛使用,加之鋁合金、鎂合金的成本過高,且以進口為主,未來汽車的車頂、車門、座椅部件、輪轂以及汽車周邊結構件,甚至車身都有可能改用工程塑料。從目前汽車使用的材料來看,無論是外飾件、內飾件,塑料用量都在不斷地增加。

    隨著工程塑料硬度、強度、拉伸以及功能特性的進一步開發,塑料車窗、車門、骨架乃至全塑汽車已逐步出現。這些趨勢在本屆Chinaplas展會現場也隨處可見——利用吹塑工藝將軟硬兩種材料融合而成的汽車進氣管、應用于電動車車身部分外殼和腰線以上的全車窗材料……由此可見,汽車用工程塑料和復合材料行業的未來發展空間巨大。

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