據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，2010年1-4月，全國汽車產(chǎn)銷為611.83萬輛和616.59萬輛，同比分別增長63.8%和60.51%。其中4月份，汽車產(chǎn)銷分別為156.35萬輛和155.52萬輛，同比分別增長34.61%和34.37%。雖然增長速度較一季度有所減緩，仍超過2009年產(chǎn)銷最高的單月數(shù)量。以這樣的發(fā)展速度計算，2010年全年中國汽車產(chǎn)銷將遠遠超過年初預(yù)計的1500萬輛的規(guī)模。
眾多案例已表明，塑料為汽車帶來的輕量化顯而易見，并且汽車塑料的平均用量已經(jīng)成為評價一個國家汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。在中國這樣一個高速增長的汽車巿場，汽車輕量化無疑具有更加重要的意義。毋庸置疑，這也為塑料在汽車巿場的應(yīng)用增長提供了絕佳的機遇。
然而，在關(guān)注汽車輕量化的同時，我們常常可能忽略，塑料為汽車工業(yè)帶來的輕量化以外的其他重要意義。
塑料與摩擦力
筆者在去年9月曾參加過一次杜邦公司主講的全球Webcast活動。在那次活動中，杜邦全球汽車部門負責(zé)人Dave Ritchey介紹的塑料在汽車應(yīng)用中減少摩擦力的意義，以及杜邦公司相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用，讓筆者印象尤其深刻。
據(jù)Dave Ritchey介紹，分析汽車運動過程中的能量利用率，許多工業(yè)專家和消費者認為實際消耗的燃料中只有15%用於驅(qū)動車輪，或者說85%的燃料都被浪費在一些無效率的傳動部分。研究表明，其中10%的能耗損失被用於克服運動部件之間的摩擦力。這一數(shù)量有多大？相當於全球汽車每天消耗幾百萬桶石油。
如果有人能夠有效地改進汽車中摩擦力的控制，無疑意味著巨大的巿場機遇。
正是基於對汽車中摩擦力及其控制的深刻認識與研究，杜邦公司開發(fā)出了具有優(yōu)異摩擦性能的杜邦Vespel® SP-2515。這種新材料具備以下多種卓越性能：
在要求低摩擦、寬溫度范圍內(nèi)控制精密公差、壽命要求很長的密封圈應(yīng)用上，Vespel® SP-2515的泄漏量控制比鑄鐵和其它聚合物替代品更加穩(wěn)定。
在更廣泛的溫度范圍內(nèi)“微調(diào)”泄漏量，有助於提供效率高且運作平穩(wěn)的傳動，從而實現(xiàn)更小型油泵的可能性，以減少能量損耗。
Vespel® SP-2515 零件具有高導(dǎo)熱性能，超過Vespel® SP-21 的4倍，能快速帶走軸承運動表面的熱量，從而降低零件工作溫度，提升PV （壓力與速度乘積）極限值。
Vespel® SP-2515 的金屬友好特性允許其可以和輕質(zhì)鋁表面對磨，用作與鋁件配合的旋轉(zhuǎn)或移動零件，為保護鋁制零件免受侵略性材料的磨損，往往需要又重又貴的金屬嵌件，如鑄鐵或填充熱塑性塑料。但Vespel® SP-2515以其出色的磨損性能不會磨傷鋁件表面，不需要上述保護處理。
此外，Vespel® SP-2515在污染粒子，如炭、灰塵或金屬碎片等可能會導(dǎo)致零件迅速失效的污染環(huán)境中表現(xiàn)十分良好。這一特性對於經(jīng)常受灰塵問題影響的發(fā)動機部件極其重要，如EGR（廢氣循環(huán)系統(tǒng)）襯套和渦輪增壓連接等部件。
廣泛的測試表明，Vespel® SP-2515 能顯著提高變速箱用密封圈的性能，除密封圈外，其優(yōu)異性能可應(yīng)用在更廣泛的領(lǐng)域，如液壓閥、動力總成用止推墊圈和襯套等。而這只是杜邦針對改善摩擦性能而開發(fā)的系列塑料材料的一種。
在感嘆於杜邦“摩擦力”的研發(fā)方向的同時，筆者最深的感慨於我們常常只專注於“汽車輕量化”這樣一點可能帶來的創(chuàng)新思路的忽疏。
耐磨塑料的汽車應(yīng)用
與以上關(guān)注摩擦力的應(yīng)用類似，國內(nèi)外均有越來越多的廠家關(guān)注高耐磨塑料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。
由於汽車在戶外的惡劣環(huán)境下使用，其制件往往要求所用塑料產(chǎn)品具有耐油類溶劑、耐磨耗，具有較高的強度、外觀光澤度高、耐水耐溫等特性。特別是耐磨性能，由於汽車在使用過程中，一些部件的動態(tài)磨擦情況很多，如果承受摩擦行為的部件耐磨性不好，磨損較大，很短時間內(nèi)就需要更換，無法滿足汽車產(chǎn)品的安全性和可保養(yǎng)性要求。由於材料技術(shù)的深入研發(fā)不夠，或者對於這一應(yīng)用的重視程度不夠，耐磨級的汽車配件以塑代鋼的程度遠落後於其它汽車零配件。
 塑料應(yīng)用於汽車工業(yè)，其帶來的往往首先是滿足功能性需求，同時帶來輕量化效果。 |
針對汽車零件的高耐磨需求，北京首塑新材料科技有限公司專門開發(fā)了具有較高的耐磨擦、沖擊韌性及尺寸穩(wěn)定性，較好的流動性的產(chǎn)品Suploy PA66 6207，將其應(yīng)用於汽車差速器齒輪墊片，實現(xiàn)了以塑代鋼。
使用Suploy PA66 6207生產(chǎn)的差速器齒輪軸承墊片，產(chǎn)品在厚度尺寸方面的均一性大大提高，端面平整度好，完全可滿足齒輪裝配的技術(shù)要求。據(jù)首塑公司介紹，該產(chǎn)品已通過用戶裝車實驗，并已規(guī)模放量生產(chǎn)。
過去，由於傳統(tǒng)座椅馬達中的推力墊圈均采用鋼材制造，不但自身容易磨損，周圍部件也會隨之磨損，因此需要經(jīng)常更換。即使是高性能塑料材料（如PA66和POM），其耐磨性能都無法達到要求。
Victrex公司基於VICTREX PEEK生產(chǎn)的APTIV薄膜能很好的解決上述困擾，憑借出色的耐用性、耐磨性和自潤滑性，成為該特殊應(yīng)用的理想選擇。
VICTREX PEEK 聚合材料還被多家知名汽車廠商用於制造應(yīng)用環(huán)境十分苛刻的汽車滾動軸承保持架。保持架不但受到摩擦力、張力和慣性力等機械應(yīng)力的影響，而且需要承受某些潤滑劑、潤滑添加劑或其老化產(chǎn)物、有機溶劑或冷卻劑產(chǎn)生的化學(xué)作用。
VICTREX PEEK聚合材料在潤滑的鋼材表面顯示出良好的滑動性能，而與滾動元件接觸的保持架表面則具有出色的平滑度，二者共同造就了極低的摩擦力，從而得以使軸承的發(fā)熱和磨損保持在最低水平。即使在缺乏潤滑劑的條件下，聚合材料保持架也具有優(yōu)異的運行性能，因此，軸承連續(xù)工作一段時間也不會有卡死和二次損傷的風(fēng)險。
舒適感與安全性
塑料為汽車工業(yè)帶來優(yōu)異的節(jié)能性，同時提高零部件耐久性之外，塑料應(yīng)用也為汽車的舒適性與安全性帶來革命性的變化。
早在CHINAPLAS 2008，拜耳材料科技展現(xiàn)的eXasis概念車以其玻璃般的透明度充分展示了塑料汽車可以帶來的視覺沖擊力。該概念車前後排列的車座框架由12毫米模克隆®板制成，采用不銹鋼網(wǎng)覆蓋。輪子也是用“鑲嵌”有模克隆®的透明材料來裝飾，看起來就像是一扇扇小小的窗戶。同時運用拜耳材料科技的Desmodur®和Desmophen®賦予其鍍鉻拋光效果，更加突出了這一特色。
頭枕和扶手都是由透明的Technogel®制成，感覺柔軟舒適。駕駛室座艙的機械操作元件由高級水性涂層原材料Bayhydrol®和Bayhydur®構(gòu)成的聚氨酯涂層構(gòu)成，觸感舒適。
在發(fā)動機箱內(nèi)，電纜采用彈性、耐磨、耐介質(zhì)Desmopan®熱塑聚氨酯包裹。車體和地板零部件采用拋光、淺黃色硬涂層加工完成。
塑料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用為汽車工業(yè)帶來的安全意義更為重要。
上海大眾汽車在其儀表板制造中使用了博祿公司的Daplen熱塑性聚烯烴彈性體（TPO），以良好的沖擊性能確保可靠的安全性能。
世界各地的領(lǐng)先汽車制造商如大眾汽車和歐寶汽車等，都在他們生產(chǎn)的保險桿、儀表板、車門面板、卡車外板等產(chǎn)品中使用了博祿推出的Daplen。
“2008年度風(fēng)云車型”菲亞特500、斯柯達晶銳和“2009年度風(fēng)云車型”歐寶Insignia等車型均應(yīng)用了Daplen。Daplen還應(yīng)用在最近推出的smart fortwo concept和寶馬X5系列車型。
為了更便於回收利用，國外有汽車公司采用單一的熱塑性彈性體(TPE)來制造汽車保險杠的面板。據(jù)相關(guān)報道，目前世界保險杠巿場采用TPE的已經(jīng)占有53%的份額。
這些全新的應(yīng)用，都讓汽車可以實現(xiàn)比以往更安全的抗沖擊性能。
滿足更多功能性需求
塑料在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，實際上更重要的在於塑料可以滿足相應(yīng)的功能性需求。
將塑料用於汽車油箱或油管，很重要的一點是材料的耐燃料性與優(yōu)異的阻隔性能。如今不但石化基塑料可以滿足燃油接觸性的要求，新型的生物塑料同樣可以滿足這一點。
 滿足更多功能需求，是塑料在汽車應(yīng)用的一個關(guān)鍵要素。圖為沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料Noryl和Valox汽車樹脂的全新高端產(chǎn)品系列，旨在降低插電式混合動力車和電動車的重量并提高其性能。 |
羅地亞聚酰胺公司推出的Fuel’ In by Technyl®系列新品，基於吹塑成型聚酰胺6和6.6，是為與燃料接觸應(yīng)用量身打造的解決方案。這一聚酰胺系列產(chǎn)品具有高燃油滲透阻隔性能，并在保持相同部件安全性能的前提下實現(xiàn)30%的減重。該項產(chǎn)品已成功應(yīng)用於汽車燃油管以及重型摩托車油箱等。
密封及吸聲也是塑料應(yīng)用功能性的重要體現(xiàn)之一。KRAIBURG TPE 的TPE-S 系列材料制作成擋風(fēng)玻璃墊圈具有可靠密封及吸聲性能，是擋風(fēng)玻璃和鋼材車身的“緩沖區(qū)”。KRAIBURG TPE 專為汽車應(yīng)用研發(fā)的THERMOLAST®-K 之TPE-S 系列材料為汽車制造廠商提供可以取代一般塑料的高價值材料。
由於它與特殊粘合劑優(yōu)異的粘合特性，TPE-S 系列材料可以在250℃以內(nèi)以單色注塑工藝直接粘合在擋風(fēng)玻璃上面。并且，TPE不需要預(yù)干，在注塑之後快速冷卻。如此一來又節(jié)省了工時。
更低的成本與優(yōu)異的成型工藝
與塑料汽車應(yīng)用密切相關(guān)的，不可忽視的還有一點，塑料本身在加工環(huán)節(jié)有遠低於傳統(tǒng)材料加工的能耗與遠優(yōu)於傳統(tǒng)技術(shù)的便利性。
泰科納Fortron® PPS制造的汽車進氣管獲得SPE“塑料工程師學(xué)會”頒發(fā)的2009年度汽車類一等獎及年度大獎。該部件由勞士領(lǐng)汽車配件有限公司和聚合物生產(chǎn)商泰科納合作制造，應(yīng)用於大眾2.0升柴油機發(fā)動機。
據(jù)介紹，優(yōu)化的工藝與生產(chǎn)使得用泰科納聚苯硫醚（PPS）制造的汽車進氣管與用鋁材制造的相比，生產(chǎn)成本大致節(jié)約25%。生產(chǎn)成本的降低主要得益於以下因素：免除焊接後報廢率的降低，加工步驟的整合，成型周期的縮短以及工序可靠性的提高。而且，獲獎的進氣管比同類鋁制產(chǎn)品輕30%，因此有助於降低燃油的消耗和二氧化碳的排放。
近年來，利用塑料以及特殊的色彩效果實現(xiàn)免噴涂成型也是近年來迅速發(fā)展的技術(shù)之一。
在CHINAPLAS 2010上，贏創(chuàng)展出的TEGOMER®Antiscratch 100耐刮擦助劑，被廣泛應(yīng)用於內(nèi)飾板、儀表盤等汽車內(nèi)飾部件的塑料改性，使其具有出色的耐刮擦性能，從而可以減少汽車零部件常常需要進行的表面防刮擦處理。
贏創(chuàng)的聚甲基丙烯酸甲酯模塑料本身就具有高光特性，無需噴漆。這種一步到位的生產(chǎn)工藝較噴漆工藝相比可節(jié)省高達40%的生產(chǎn)成本，而免噴漆工藝也避免了可能造成的環(huán)境污染。
塑料業(yè)供應(yīng)商做得更多 走得更遠
事實上，塑料工業(yè)供應(yīng)商常常并不只是提供汽車工業(yè)所需的塑料原料或加工技術(shù)，而是同時針對汽車工業(yè)所面對的環(huán)保要求以及人體安全性提供全方位的解決方案。
在CHINAPLAS 2010上，三菱化學(xué)海外事業(yè)企劃部總經(jīng)理石渡直明特別介紹了公司展出的VOC采樣袋分析技術(shù)。“明年，中國汽車零部件VOC排放標準將實施，三菱化學(xué)可以提供全套的檢測、分析、報告技術(shù)。目前VOC用采樣袋也已開發(fā)出來。該采樣袋所采用的高性能多層膜，是三菱化學(xué)的獨有技術(shù)。”
三菱化學(xué)介紹的Analytic-Barrier 是作為汽車內(nèi)裝飾材料、作業(yè)現(xiàn)場、室內(nèi)住宅測定VOC的專用采樣袋，它是由X-Barrier定做的高性能薄膜。該材料具有多種性能，由於有非吸著、熱封層的壓層，可提高分析的精確度。薄膜本身不會釋放出其他氣體，減少了洗滌處理所需時間；充分利用X-Barrier的阻隔特性，可提高采集到的氣體的保存量；即使設(shè)定比以往較低的溫度，也容易熱封；透明度較高；由於薄膜很薄，將樣品放進采集袋後也容易搬運。
作為環(huán)保對策之一，生物燃料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用廣受關(guān)注。寶理塑料針對這一用途，專門開發(fā)出了有效地、高精度地預(yù)測在多種多樣生物燃料中的樹脂的長期壽命的技術(shù)。
這個技術(shù)由兩個預(yù)測技術(shù)構(gòu)成。其中一個技術(shù)為預(yù)測生物燃料對樹脂的浸透量的技術(shù)。第二個技術(shù)為在附加應(yīng)力的情況下到破壞的壽命預(yù)測技術(shù)。
以前根據(jù)汽油單獨或生物燃料單獨實測的資料進行壽命預(yù)測，但兩者混合後因為種類繁多、混合比率復(fù)雜，很難實測所有情況。正因如此，寶理塑料以破壞過程的速度理論為基礎(chǔ)，確立了預(yù)測技術(shù)。根據(jù)正確的壽命預(yù)測進行設(shè)計，就能夠最有效地使用塑料。
寶理塑料首次研究的材料為聚甲醛樹脂DURACON和乙醇汽油，但是，這一技術(shù)不僅僅適用於這兩種材料，還可以適用於聚酯樹脂、聚酰胺樹脂等。
如果是液體，只要是兩種混合燃料，這一技術(shù)什么樣的燃料都可以適用。從這個角度考慮，此技術(shù)可以適用於今後出現(xiàn)的以生物柴油燃料為主的來源於生物的各種燃料。
據(jù)寶理塑料介紹，這一領(lǐng)域本來需要做大量的實驗，能夠減少實驗次數(shù)就可以減輕對環(huán)境的負擔(dān)。以前用一年以上時間進行實驗才能得到的資料，現(xiàn)在20天左右就能夠預(yù)測。
從以上列舉的塑料工業(yè)與不同方面汽車應(yīng)用的相關(guān)案例不難看出，塑料之所以能夠在汽車上得到廣泛應(yīng)用，除了其輕量化能夠帶來的節(jié)能性之外，更多時候，還在於塑料能夠同時滿足汽車領(lǐng)域應(yīng)用所需的功能性。
關(guān)注塑料應(yīng)用為汽車工業(yè)帶來輕量化實現(xiàn)節(jié)能的同時，關(guān)注塑料為汽車工業(yè)帶來的其他功能性的變化，可能幫助我們開拓出另一片塑料應(yīng)用的新天地。