不斷收緊的汽車油耗及排放法規(guī),不僅造就了火熱的新能源汽車市場,同樣捧熱了一批汽車輕量化材料,例如鋁合金、鎂合金等金屬材料以及塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等非金屬材料。不難發(fā)現(xiàn),隨著汽車輕量化的進(jìn)展,鋁合金、鎂合金以及高強(qiáng)度鋼等材料由于比強(qiáng)度高,使用量增幅明顯。而同樣不容忽視的是,非金屬材料應(yīng)用比例也在逐漸上漲。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,就普通乘用車而言,非金屬材料重量占比約1/3,部分車型這一占比更大。
車用非金屬材料主要包括塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、橡膠、織物皮革、膠粘密封劑等十余種材料。其中塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、橡膠、膠粘密封劑常被稱為車用非金屬四大材料,這些材料在減輕車重、改善舒適性,尤其是成本方面具有相對(duì)優(yōu)勢,這也是很多車企傾向于將此類材料應(yīng)用納入到近期規(guī)劃中的重要原因。
近日,在由上海凌傲企業(yè)管理咨詢有限公司主辦的“2017汽車創(chuàng)新材料應(yīng)用于VOC高峰論壇”中,江淮汽車技術(shù)中心材料工程部技術(shù)總監(jiān)黃家奇在其演講中便指出,目前江淮汽車正在多部門聯(lián)合開展輕量化金屬新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)研究,并已制定了相關(guān)的實(shí)車應(yīng)用規(guī)劃。而在非金屬材料方面,其目前則已實(shí)現(xiàn)多個(gè)項(xiàng)目量產(chǎn)應(yīng)用,例如薄壁化保險(xiǎn)杠、復(fù)合材料廂式貨箱、塑料尾門等等。
其實(shí),大部分車企與江淮汽車的思路基本一致:雖然在金屬以及非金屬材料方面都有所動(dòng)作,但現(xiàn)階段則更傾向于擴(kuò)大一些非金屬材料的使用量。歸結(jié)原因,無非是在鋁、鎂合金成本遲遲降不下來,以及還有一些相關(guān)的技術(shù)問題尚未解決的情況下,以上所提到的幾大非金屬材料更容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?;瘧?yīng)用。
從黃家奇現(xiàn)場所分享的應(yīng)用案例可以看出,通過對(duì)鋼板部件的替代,鋁合金車架以及鋁合金發(fā)蓋內(nèi)板等實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)集成化、生產(chǎn)效率的提高以及重量的減輕,但成本卻出現(xiàn)一定的增長,雖然這一增長幅度并不大,但一定程度上會(huì)影響到車企在輕量化方案上的決策。
而通過對(duì)比可以看出,塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等非金屬材料不僅具有金屬先進(jìn)材料的優(yōu)勢,在綜合成本上也具有一定的優(yōu)勢。舉例來說,以LFT(長纖維增強(qiáng)熱塑性材料)替代前端模塊的鈑金不僅可以將重量由原來的7kg降低到6kg以下,成本也可降低約四分之一。除此之外,LFT在塑料電池包殼體上的應(yīng)用以及RTM在塑料行李箱蓋上的應(yīng)用均實(shí)現(xiàn)了成本方面的優(yōu)化。
上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車公司中心實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師胡仁其在接受蓋世汽車采訪時(shí)表示,車企通常是根據(jù)具體車型的檔次以及售價(jià)的不同,來決定采取怎樣的輕量化方案,因?yàn)檫@關(guān)系到它能夠接受何種程度的輕量化成本。因此在筆者看來,在仍以中低端車型為主體的中國汽車市場,在車企對(duì)于成本仍然較為敏感之時(shí),其所需要的是更具成本優(yōu)勢的輕量化方案。
的確,非金屬材料正以前所未有的速度被應(yīng)用在汽車上。而正如華晨汽車工程研究院項(xiàng)目管理室主任田佳平所說,并非所有非金屬材料都具備成本優(yōu)勢。簡而言之,非金屬材料也有等級(jí)之分,不同種類的非金屬材料可以滿足不同的功能要求,在具體成本上也存在差異。
在非金屬材料中,碳纖維是公認(rèn)的成本較高的輕量化材料。盡管目前有很多車型大量采用碳纖維,例如蔚來汽車在海外發(fā)布的一款EVE概念車,其碳纖維使用量便高達(dá)360公斤。但是大家一定知道,蔚來的這款車定位面向的是中高端人群,售價(jià)并不低。
當(dāng)然,隨著成本的優(yōu)化,碳纖維也在逐漸由高端向中低端車型延伸,但至少從目前看來,碳纖維并非非金屬材料中使用較多的材料類型。根據(jù)吉利汽車此前發(fā)布的相關(guān)報(bào)告顯示,目前在汽車上應(yīng)用最多的非金屬材料是工程塑料和通用塑料,包括PP、AB、PC、PA、PBT、POM等,而隨著更高性能塑料的工業(yè)化開發(fā),長玻纖PP、生物基材料等功能性材料逐步增加在汽車上應(yīng)用。
前面所提到的LFT,也即長纖維增強(qiáng)熱塑性材料,便是其中值得一書的非金屬材料之一。據(jù)了解,長纖維產(chǎn)品目前已被應(yīng)用在儀表板、前端模塊、蓄電池托架、天窗連接板、底護(hù)板、換擋器支架等方面。而在此基礎(chǔ)上,胡仁其進(jìn)一步指出,目前,PP(聚丙烯)長玻纖等材料是性價(jià)比較高的一種材料,原因是PP與長玻纖兩者成本都相對(duì)較低,而通過兩者的結(jié)合又能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的提升,因此這一材料市場前景看好。
不過,他也補(bǔ)充說道,針對(duì)一些常規(guī)部件的使用,PP長玻纖的確具備較高性價(jià)比,但它并非適用于所有汽車零部件。吉利動(dòng)力總成研究院袁爽在此前的一場演講中同樣指出,非金屬材料有其優(yōu)點(diǎn),但也有不可避免的缺點(diǎn),如由變形、剛度問題所帶來的三漏問題。
袁爽認(rèn)為,發(fā)動(dòng)機(jī)各部件在選用非金屬材料時(shí)要有明確的目的性,不可盲目跟從,汽車輕量化必須在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下實(shí)施,對(duì)于確認(rèn)的成果,必須應(yīng)用非金屬材料解決的問題,需要從成本下手,并提升可靠性,大面積推廣。
總而言之,在國家嚴(yán)控汽車油耗及排放,輕質(zhì)材料的采用不失為一種好的應(yīng)對(duì)方案。而從以上專家的觀點(diǎn)中也不難看出,在汽車輕量化過程中,最重要的或許并非車企采用的是何種材料,而是要恰到好處的應(yīng)用這些材料,做到物盡其用。