车用塑料未来趋势：轻量化、舒适性和环保（完整版）
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“CPRJ车用塑料技术论坛”在上周成功举办，本文总结了多位专家在期间就汽车轻量化趋势所发表的见解和分享。
轻量化的四个方向
浙江吉利汽车研究院有限公司NVH（噪声、振动与声振粗糙度）及环保性能开发部总工程师熊飞介绍了轻量化技术在吉利汽车的实践。熊飞提出，轻量化作为一门综合学科，与材料、安全、耐久、结构设计、制造技术、连接技术、NVH、操稳等核心技术紧密结合，不仅实现汽车减重，同时兼顾产品功能、成本及质量等要素。非金属材料在汽车轻量化上的应用开发，概况起来可以划分为四个方向：“以塑代钢”轻量化、模块化与集成化、结构优化轻量化、材料的轻量化新应用。
粤高分子与熊工的合影
以塑代钢轻量化，如塑料后横梁的最新设计方案——塑料复合材料横梁重量仅为2kg，不仅实现50%的减重效果，还能够满足安全性能要求。塑料翼子板的开发也带来诸多效益，如实现40%的减重效果，满足特殊的翼子板造型需求，优良的低速冲击性能，能够满足行人保护法规要求，而且性能更优。
模块化设计、模块化生产，也是众多国内外车企一直追求的方向之一。目前很多部件及系统，已经实现模块化生产，如侧门系统、仪表台系统、发动机系统等，近年，前端模块成为车企模块化关注热点之一。熊飞介绍说，2008年，前端模块为全金属结构，超过15个零件组成，到2014年，全塑框架、局部金属嵌件增强的集成化模块前端结构能够实现30%的减重效果，并大量减少零件，而且采用PP-LFT材料，成本低。
结构优化也带来轻量化效果。如保险杠的薄壁化开发，常规的设计为3.0MM壁厚；采用普通的PP滑石粉材料；单件重量4~5kg，现在市场上已出现2.5、2.0mm壁厚。吉利采用2.5mm壁厚设计，高刚性PP材料，单件减重10-15%，总计减重0.8kg，成本降低。但是，薄壁化开发也面临诸多挑战：减薄后产品的成型问题；减薄后可能导致产品的刚性下降；减薄后导致的产品强度降低。需要通过提高材料熔体指数，增加流动性，由现行标准提高到30g/10min以上，解决可能充不满、注射压力大、注射温度高等问题；以及提高材料模量，通过技术分析，适当的提高弯曲模量，可以解决因减薄带来的强度和刚度下降问题。
材料的新应用也可实现轻量化，如塑料玻璃在汽车玻璃上有一定的应用可能，塑料背门车窗比无机玻璃减重44%。
北汽福田汽车股份有限公司工程研究总院非金属材料室主管工程师尚红波介绍说，其车型油箱基本实现以塑代钢材料的优化和切换，如欧曼GTL超能版车型油箱通过以塑代钢减重25KG。塑料油箱总成重量为铁油箱的1/3左右，降低了整车重量和油耗。除轻量化外，还带来诸多好处：一次吹塑成型，质量稳定，生产效率高；油箱造型自由，可以成型出形状复杂的异形产品；内外部均耐腐蚀；克服了金属油箱不耐冲击的缺点；塑料油箱由于3min的阻燃性能，可在2min火中烧烤，无燃油流出，不会由于油箱的传热性能造成油箱爆炸；材料本身具有抗静电性能，油箱不受静电影响；一次成型，不受燃油腐蚀，内部清洁度高；寿命长（20年）。
广汽研究院车身工程部外饰与附件科科长王琛也着重介绍了前端模块的应用技术，他说：“广汽研究院已经在A平台首款车型中应用前端模块技术，并在该平台后续车型中展开应用。B平台后续车型也已经开始将钣金零件替换塑料前端骨架。”王琛指，除大众外，宝马、通用、奔驰、雷诺、标志等众多欧美企业已经成熟应用前端模块技术，现代集团也已经在10年前新平台车型均采用，日系日产、马直达等、自主品牌华晨、一汽奔腾、广汽等都已经有平台车型应用。今后，随着众多主机厂、产品供应商、材料供应商在此技术上的投入及应用，该技术势必迎来新的发展。
博禄汽车事业部应用市场经理孙为则介绍了轻量化创新材料解决方案，博禄首先通过五步法保证材料的环保性能，降低VOC排放，主要是原材料选择、配方设计、改性工艺、后处理、与客户的合作共享。通过博禄绿色材料的应用和相关的设计，帮助车企实现轻量化。他举例说，大众高尔夫7上的仪表盘使用了博禄材料后，与原设计相比减轻了0.5KG，其他性能也得到优化。
创新工艺
新材料的应用最终离不开工艺的创新，当前，玻纤、碳纤增强热塑性材料在汽车的应用也是一大热门话题。阿博格机械（上海）有限公司工艺部高级工程师陈遥针对这一话题介绍了长玻纤直接注塑工艺。
阿博格这一技术最大的特点是：伺服电机驱动的送料装置将纤维直接送入熔化的塑料，并将连续纤维切成15-50 毫米长度，设备配有两级螺杆：熔化塑料粒料；送入纤维，均匀混合。应用这一工艺，所有普通的塑料都能随意调配玻纤增强配方；还具有投资成本低：2500KN及以上锁模力的标准注塑机即可；灵活机动：任何时候都可转换成普通的料筒进行注塑成型；快速整合：由于侧边送料装置的封闭结构,可广泛的应用在各种ALLROUNDER上；高弹性轻量化产品：使用机器人埋入有机板进行自动化注塑生产。
德国Kiefel公司汽车/家电事业部总监安德列亚斯•弗里希介绍了公司应用于汽车内饰表面装饰的技术，如真空复合设备和压力复合设备，前者包括KL-series单工位KL系列、多工位KLS与KLV系列以及旋转工位KDT系列热成型机，后者典型应用包括门板插件、门扶手、门上护板、中控台、行李箱衬板、各类覆盖件、仪表板等。
他说：“作为热成型系统供应商，我们提供从协助产品设计到最终成品整个过程的服务，并专注于效率提升和高品质模具的设计和制造迎合高产量汽车内饰件的要求，并将材料消耗降到最低。”作为热成型设备行业的市场领导者，KIEFEL从60年代早期就开始生产真空复合设备及模具。
车用内饰件三个大趋势，分别是轻量化、舒适性和环保
在“CPRJ车用塑料技术论坛”上，其中一个主题是汽车内饰及VOC控制。根据多位专家的演讲及最新技术介绍，可以肯定在当前车用内饰件的关注热点中，有三个大趋势，分别是轻量化、舒适性和环保。
蜂窝板结构渐被采用最新3D热烫印效果出众
延锋汽车饰件系统有限公司材料工程师马丽指出，内饰件轻量化的主要技术有薄壁注塑和发泡注塑，而蜂窝板结构（蜂窝纸板被两层玻纤－聚氨酯增强层夹在中间）也已经逐渐被广泛采用。除了轻量化，蜂窝板结构的优点还包括高结构强度、高机械性能，而且低挥发；此外，这种结构的生产过程快速，也容易和织物复合。
随着消费者对汽车的要求越来越高，舒适性也越被重视，带动了多种色彩、超软触感和多种纹理等相关风潮，而双色搪塑、双色表皮拼接是现时比较流行的技术。其中，在进行双色表皮拼接发泡时，难点在于两片表皮的拼接位置是装饰灯光的反光面，位置要求高。马丽建议，解决方法是在模具和表皮上分别设计定位特征，使产品外观不会出现轮廓缺陷。
环保方面，马丽特别介绍了最近才发展出来的3D热烫印技术。这种最新技术的概念是利用专用的金属烫印版，通过加热、加压的方式将烫印箔转移到承印材料表面；其特点是电镀件的外观效果出众，而且加工过程环保；适用场合则包括饰圈、饰条等。
在法规方面，业内的最新法规是刚于今年六月一日起实施的GB/T30512-2014汽车禁用物质要求，其目的是限值环境危害物质的使用，提高车用材料的可回收性。针对国内生产及进口销售的车辆，有关法规规定均质材料中六类物质杂质的含量上限：汞、六价铬、铅、镉、多溴联苯和多溴联苯醚。
对于国内与国外在车用内饰件制造技术水平，马丽表示，现时两者之间仍有一定的差距，尤其是在制造精密产品方面。她认为，虽然国内汽车企业在研发方面的投入已经比以前更多，但仍然需要再加大力度。此外，因为供应链内每个环节都互相影响，所以国内整个汽车行业必需一起进步努力，才能缩短与国外的技术差距。
玻纤成内饰材料趋势热流道设计推陈出新
由于玻纤有耐高温和高强度特性，可以提高材料的耐热温度和刚性，其在内饰所占的比例和重要性正在增加。添加玻纤对注塑的影响，是材料的流动性变差，注塑温度和压力需要增加很多，而使用热流道可以进行改善。
浙江恒道科技有限公司设计部部长杨峨锋指出，热流道能保持材料一直在最佳的熔融状态，减少热量流失，从而保证塑料的流动性。由于热流道自身能够提供热量，所以不需要注塑机提供额外的温度。
在应用热流道时，该公司会因应不同材料，运用不同结构的喷嘴和嘴蕊材料；就温度敏感的材料，会运用短嘴蕊结构，而长玻纤材料，则会运用梭形结构。
杨峨锋解释，玻纤的加入会使热流道的用材和设计方案有所不用，即用材上需要用高耐磨和高耐腐材料，设计上则需要尽量扩大流道，并尽量采用直通式开放结构，减少流动压力损失和减低长玻纤的折断概率。不过，他强调，热流道没有最好的结构，只有更好的选择和运用。
德马格塑料机械（宁波）有限公司也提到，汽车行业产品的成型要求高，产品结构复杂，强调机械强度和尺寸的稳定性；对于生产设备来说，重复精度要高，而且要有能力更好的保护模具，以及具有节能的优点。在处理工程材料、高玻纤时，设备供货商在螺杆方面必需具有核心能力。
所以，该公司为针对汽车行业所提供的产品系列，包括全液压机Systec、油电混合动力El-Exis和全电机IntElect，都能够满足复杂结构和高质量表面成型，高而稳定的压力控制和低速射出性能，则可以精准控制尺寸、重量和厚壁。
从材料源头进行VOC控制袋子法检测能力仍较高
上海锦湖日丽塑料有限公司的工程师费军则提醒，车用内饰件塑料化的趋势有机会导致散发性（VOC）高的塑料的大量使用，而从材料源头进行管控才是改善车内空气质量的治本方法。
针对内饰的散发问题，该公司开发了超低散发内饰塑料品牌“塑可净”（C-Clear），其总挥发性有机化合物（TVOC）散发小于12μgC/g（第二代小于10μgC/g，属于行业上率先提出并产业化的超低散发PC/ABS塑料，可应用于多种内饰件，包括仪表罩、仪表板骨架、排档面板、空调出风口面框、内后视镜外壳和内门拉手等，并已经取得通用、福特全球认证，将会在其新车型上应用。
在VOC测试方面，根据冠标（上海）检测技术有限公司VOC测试资深工程师郭小芳和长春富雅－江森自控汽车饰件系统有限公司高分子材料工程师李志峰的介绍，现时的方法主要有袋子法（零部件总成）和VDA278/VDA275（材料）测试。其中郭小芳解释，两种测试方式的检测物质均含整车关注的八项物质，差异在于测试温度、时间、限值和检出能力。
袋子法的测试温度为65℃、时间为2小时；VDA275是60℃、3小时；VDA278是90℃、30分钟。袋子法的检出能力约为VDA278/VDA275的20倍，这种情况会导致相同材料用袋子法检测时会有较高的检出值。该公司已经开展了关于醛酮VDA275的测试研究，提高方法检出能力。
来源：CPRJ橡塑网，图片来源：本次大会合作媒体：高分子论坛 拍摄：粤高分子
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