Aplicação de materiais leves em automóveis

1. Antecedentes e tendências

Demanda leve: A cada redução de 10%no peso do veículo, pode reduzir o consumo de combustível em 6%a 8%. Com uma densidade de 0,9-1,5 g/cm³, os plásticos são alternativas ideais para metais como aço (7,6 g/cm³).

Proteção ambiental e economia de energia: Os plásticos são recicláveis e alguns plásticos de base biológica são usados em partes internas, reduzindo as emissões de carbono. Por exemplo, a substituição de vidro por policarbonato (PC) reduz o peso em 50% e reduz as emissões de CO₂.

Vantagens de custo e processo: Os plásticos são fáceis de moldar e processar, simplificando as etapas de fabricação. A adoção da Daimler-Chrysler de pára-choques de plástico reduziu os custos em 12% e peso em 9%.

2. Principais áreas de aplicação

Peças internas (56% do uso total de plástico automotivo):

• Painéis de instrumentos: Tipo macio (pele de PVC/ABS + espuma PU) e tipo duro (PP, moldagem por injeção de ABS).

• Assentos: Espuma PU suave como material de amortecimento; As fibras naturais (como a concha de coco) aumentam a respirabilidade.

• Painéis de porta: Esqueleto ABS + pele de espuma PU, ou material TPO para reciclabilidade.

• Headliners: Substrato de espuma PP + tecido não tecido/pele de PVC, oferecendo som e isolamento térmico.

Peças externas:

• Bumpers: Ligas PC/PBT (resistência de alto impacto), PP modificado (baixo custo). Santana usou PP copolimerizado com elastômero.

• Radiator Grilles: Alloa ABS/PC ou ASA (resistente ao clima, sem tinta), reduzindo os custos em 50%.

• Fenders: Elastômeros endurecidos de PP, FRP ou PU com excelente resistência ao tempo.

Peças funcionais:

• Tanques de combustível: Compostos multicamadas hmwhdpe, quimicamente resistentes e à prova de impacto.

• Coletores de admissão: Nylon reforçado com fibra de vidro (PA), reduzindo o peso em 1 kg e melhorando a eficiência em 15%.

• Sistemas de iluminação: PC/PMMA Windows e lâmpadas, 40% a 50% mais leve que o vidro.

Trena de força:

• Tampas do motor/cabeças de cilindro: PA modificado, 50% mais leve e 30% mais barato.

• Motores de plástico (estágio experimental): 50% mais leve que os motores de metal, com ruído 30% menor.

3. Tecnologias principais de materiais

• Plásticos gerais com alto desempenho: PP (50% dos plásticos automotivos), ABS melhorados pelo reforço de fibra (por exemplo, fibra de vidro) e modificação de impacto (por exemplo, endurecimento de POE).

• Compósitos: FRP (plásticos reforçados com fibra) para painéis do corpo e defletores com alta rigidez. SMC (composto de moldagem de folha) para pára -choques e estruturas corporais com alta resistência e baixo peso.

• Plásticos de engenharia especializados: Liga PC/PBT para pára -choques com resistência ao calor e força de impacto; TPO para peles de painel de instrumentos com reciclabilidade.

4. Comparação doméstica e internacional

• Lacuna de uso: Nos países desenvolvidos, o uso de plásticos em veículos atinge 150 kg por carro (13% do peso), enquanto na China é de 110 kg por carro (10%). Para carros de passageiros, os países desenvolvidos excedem 100 kg por carro, enquanto a China tem uma média de 70 kg.

• Lacuna de tecnologia: Alemanha e Japão aplicam amplamente PVC, PU, PP, ABS e FRP; A China depende principalmente de PP e PVC, com uso limitado de materiais avançados, como fibra de carbono.

5. Direções futuras de desenvolvimento

• Materiais de alto desempenho: Nanocompósitos, plásticos pintáveis e termoplásticos reforçados com fibra.

• Sustentabilidade: Plásticos biodegradáveis e baseados em bio, principalmente para aplicações de interiores.

• Design integrado: Moldagem de uma peça de peças grandes (como pára-choques e painéis) para reduzir as etapas de montagem.

6. Desafios e oportunidades

• Tecnologia de reciclagem: Os compósitos multimateriais (por exemplo, painéis de instrumentos) são difíceis de reciclar, exigindo projetos para facilitar a separação.

• Controle de custo: Materiais PP e sem tinta pintáveis podem reduzir os custos de pós-processamento.

Conclusão

Os plásticos de engenharia modificados, com vantagens na leveza, integração funcional e proteção ambiental, tornaram -se materiais essenciais na indústria automotiva. Com os avanços em compósitos e ligas de polímeros, as aplicações se expandirão ainda mais em sistemas de trem de força e estruturas corporais, acelerando a transição da indústria para a eficiência e a sustentabilidade. As empresas chinesas devem aprimorar a P&D em materiais de alto desempenho para restringir a lacuna com os líderes globais.