在可預(yù)見(jiàn)的2020-2025年期間，使用塑料材料的汽車(chē)輕量化將是一個(gè)重要的技術(shù)趨勢(shì)。汽車(chē)各部件的輕量化目前正在研究中，其中先進(jìn)的塑料和塑料復(fù)合材料具有顯著輕量化的潛力。
纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料通常比同等強(qiáng)度的鋼構(gòu)件輕25-35%。低密度和超低密度板材成型化合物(SMC)的進(jìn)步也有助于減輕重量。
用于減輕重量的新材料將包括：
1.在車(chē)身板中更多地使用工程塑料和復(fù)合材料
2.在結(jié)構(gòu)件中使用長(zhǎng)而連續(xù)的纖維技術(shù)
3.在結(jié)構(gòu)和其他部件中更多地使用碳纖維增強(qiáng)塑料作為低成本復(fù)合材料
4.聚碳酸酯和丙烯酸作為玻璃，包括汽車(chē)車(chē)頂和后端
5.引擎蓋下應(yīng)用中的高級(jí)尼龍
6.發(fā)泡和玻璃珠技術(shù)可降低零件密度
7.更多地使用塑料-金屬和有機(jī)混合技術(shù)
8.超薄高性能鋼的發(fā)展
9.鋁和鎂金屬使用率的增長(zhǎng)
汽車(chē)驅(qū)動(dòng)和引擎蓋下的材料面臨的挑戰(zhàn)包括高溫、潮濕和振動(dòng)。為了使汽車(chē)的使用壽命中能夠承受這樣的環(huán)境，使用的塑料通常必須經(jīng)過(guò)特殊的配備。
發(fā)動(dòng)機(jī)罩下的其中一種重要材料是耐水解熱塑性聚酯對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)。BASF公司的新型超高耐水解、阻燃和激光透明的HR PBT系列產(chǎn)品已經(jīng)被應(yīng)用于汽車(chē)驅(qū)動(dòng)和其他汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)罩。
與水接觸——即使以大氣濕度的形式——導(dǎo)致聚酯的聚合物鏈水解分裂，從而導(dǎo)致材料的老化，特別是在高溫下。Ultradur采用高效添加劑，極大地延緩了水解降解，因此可以大大延長(zhǎng)零件使用壽命。
通常用于提高耐水解性的添加劑也會(huì)增加熔體粘度。Ultradur HR經(jīng)過(guò)優(yōu)化，即使停留時(shí)間較長(zhǎng)，熔體粘度也盡可能保持穩(wěn)定——這是穩(wěn)定、無(wú)問(wèn)題加工的理想條件。
Ultradur B4330 G6 HR對(duì)引起應(yīng)力裂紋的堿性介質(zhì)也有更高的耐受力。應(yīng)力裂紋引起的損傷沿微裂紋擴(kuò)展。這也會(huì)迅速導(dǎo)致宏觀骨折。與金屬直接接觸的塑料部件通常是最危險(xiǎn)的。
Ultradur B4330 G3 HR（紅色）耐水解性比較
用燒堿溶液浸濕彎曲夾具后的PBT GF30測(cè)試棒。無(wú)改善應(yīng)力抗裂性能的材料快速斷裂(頂部)；
Ultradur B4330 G6 HR被證明具有相當(dāng)長(zhǎng)的耐受時(shí)間(底部)。
Victrex Plc的新型聚醚醚酮（PEEK）樹(shù)脂是另一種可靠的減輕重量的材料。在PEEK材料中加入高模量纖維(HMFs)提供了在汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中取代鋼鐵、鋁、鈦、黃銅和鎂等金屬所需的強(qiáng)度和剛度。新的Victrex PEEK HMF聚合物是基于Victrex 90系列配方，用于模塑堅(jiān)韌的薄壁零件。
新材料通常需要金屬的高溫應(yīng)用提供機(jī)械強(qiáng)度和剛度。除了降低部件重量外，還有通過(guò)注塑成型獲得的更高的效率，通過(guò)將更多功能設(shè)計(jì)整合部件的能力可以縮短周期時(shí)間并降低生產(chǎn)成本。
PEEK HMF聚合物已經(jīng)過(guò)液壓油，燃油，機(jī)油，潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油的測(cè)試。它還可以在260℃的溫度下長(zhǎng)期使用。PEEK HMF聚合物可用于替代金屬支架，夾子，緊固件和其他二級(jí)結(jié)構(gòu)。
Victrex PEEK HMF(藍(lán)色)重量減輕比較
在可再生塑料方面，木質(zhì)纖維素復(fù)合材料汽車(chē)零部件正在進(jìn)軍汽車(chē)輕量化領(lǐng)域。Weyerhaeuser發(fā)明了一種有效實(shí)用的方法，將纖維素加入熱塑性復(fù)合材料中，可替代汽車(chē)零件等應(yīng)用中的各種纖維增強(qiáng)和纖維填充的熱塑性塑料。
福特希望廣泛地使用新的纖維素纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。Weyerhaeuser的“Thrive”復(fù)合材料的關(guān)鍵屬性是：
1.中性色容易吸收顏色/染料，實(shí)現(xiàn)全彩色柔韌性
2.無(wú)臭(通過(guò)嚴(yán)格的汽車(chē)內(nèi)飾測(cè)試)
3.比重比玻璃纖維低6%
4.良好的成型性，較低的周期時(shí)間
5.有吸引力的經(jīng)濟(jì)效益
6.優(yōu)異的拉伸和彎曲性能
7.均勻連續(xù)的質(zhì)量分布
8.可持續(xù)生產(chǎn)
福特使用Thrive纖維素增強(qiáng)聚丙烯（PP）作為其2014款林肯MKX的中控臺(tái)扶手。雖然福特一直在將這種材料用于幾個(gè)原型零件，但這是生產(chǎn)車(chē)輛中的第一個(gè)應(yīng)用。Weyerhaeuser與汽車(chē)零部件供應(yīng)商Johnson控制一起合作開(kāi)發(fā)扶手。
福特相信纖維素提供的高水平性能使復(fù)合材料成為汽車(chē)外部和引擎蓋下應(yīng)用的理想選擇。Weyerhaeuser及其主要用戶(hù)已針對(duì)未公開(kāi)的汽車(chē)應(yīng)用進(jìn)行了大量商業(yè)注塑試驗(yàn)。
Weyerhaeuser開(kāi)發(fā)合作伙伴Interfacial Solutions開(kāi)發(fā)了專(zhuān)有技術(shù)，可在室溫和高溫下提高高天然纖維含量復(fù)合材料的防潮性。當(dāng)高纖維含量的復(fù)合材料在潮濕的環(huán)境中，它們可以吸收多達(dá)其質(zhì)量的10%的水分。高含水率降低了該化合物的尺寸穩(wěn)定性、色牢度和耐微生物性。
Interfacial Solutions還開(kāi)發(fā)了一種水分清除技術(shù)，無(wú)需在加工前對(duì)天然纖維和其他濕敏塑料進(jìn)行預(yù)干燥。
其他Thrive應(yīng)用包括辦公家具、家居用品、小型和大型家電、工業(yè)產(chǎn)品、消費(fèi)者個(gè)人物品以及建筑產(chǎn)品。Thrive有多種基礎(chǔ)聚合物，如丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），低密度和高密度聚乙烯（LDPE和HDPE），聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）。
福特和Essentium材料公司開(kāi)發(fā)了一種椰子纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件，用于福特福克斯電動(dòng)汽車(chē)的主軸載重底板，該部件已投入生產(chǎn)兩年。福特和Essentium材料公司正在開(kāi)發(fā)另一種椰子纖維復(fù)合材料，預(yù)計(jì)將于明年推出。
椰子纖維的平均直徑為250微米，比大多數(shù)其他天然纖維大得多，使其具有固有的剛性和韌性。除了良好的彎曲模量外，椰子纖維還具有所有天然纖維中最高的木質(zhì)素含量，這有助于使其抵抗燃燒，微生物攻擊和水分吸收膨脹。無(wú)論植物種類(lèi)，原產(chǎn)地，土壤和天氣條件以及收獲時(shí)間，它都廣泛可用并具有相同的性質(zhì)。
總之，減重材料的選擇也受到以下因素的影響：
1.每輛車(chē)的材料重量節(jié)約潛力
2.每單位重量節(jié)省成本
3.批量生產(chǎn)所需的物料數(shù)量
4.輕量化的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致材料技術(shù)越來(lái)越多地被認(rèn)為是最初設(shè)計(jì)的一部分
麻省理工學(xué)院(MIT)和通用汽車(chē)(GM)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種工具，可以在汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程的早期估算二次大規(guī)模節(jié)能潛力。在過(guò)程的早期使用這個(gè)工具——在子系統(tǒng)被鎖定之前——可以最大限度地節(jié)省大量資源。
二次質(zhì)量節(jié)?。⊿MS）是當(dāng)車(chē)輛總質(zhì)量（GVM）減小時(shí)可以在承載車(chē)輛部件中實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量減少。質(zhì)量分解是通過(guò)二次質(zhì)量節(jié)省識(shí)別進(jìn)一步減少GVM進(jìn)一步減少的過(guò)程。
SMS最大化是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性最大化的關(guān)鍵工具，但在當(dāng)前的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可能難以實(shí)現(xiàn)。（文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
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