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輕量化及塑料玻璃在新能源汽車上的應用分析
時間:2016-11-16 8:34:16      發(fā)布者:管理員

摘要:聚碳酸酯(PC)資料具有計劃自由度高、強度好、密度低、輕量化的特色.重新動力轎車輕量化的請求動身,剖析了新動力轎車的輕量化作業(yè),并從資料、商品功用、規(guī)范以及工業(yè)化方面研討了PC資料在新動力轎車輕量化范疇的使用遠景和存在的疑問.PC塑料車窗機械功用優(yōu)于傳統(tǒng)玻璃,但其抗磨功用和耐候功用較傳統(tǒng)玻璃差.PC塑料車窗的使用現(xiàn)在急需樹立本身的規(guī)范,一起進一步進步耐候性和耐磨性;PC塑料車窗導熱性較傳統(tǒng)玻璃差,塑料車窗電阻絲耗費功率和溫度功用顯著低于傳統(tǒng)玻璃,塑料車窗的除霜除霧功用還有待解決。

關鍵字:新動力;純電動;輕量化;塑料車窗

現(xiàn)代轎車構造、功用和技能的首要展開方向是輕量化、節(jié)能、環(huán)保和進步安全性.轎車的質量和動力耗費成線性關系.據(jù)統(tǒng)計,轎車質量每下降1%則燃耗可下降0.6%~1.0%.能耗又與尾氣排放密切有關.因而,轎車輕量化對節(jié)能和環(huán)保含義重大.

相對而言,純電動轎車關于輕量化的需求愈加火急,一起也給輕量化技能的廣泛使用供給了新的機會.為了完成電動轎車的全體減重,進步電動車的全體功用,首先需求全新輕量化車身和底盤的計劃;其次是新資料、新技能、新技能的使用.這篇文章簡略剖析了一下新動力轎車的輕量化作業(yè)并聯(lián)系現(xiàn)在展開的塑料車窗使用項目,研討其使用遠景和需解決的疑問.

1.輕量化請求與展開

車身質量占轎車總質量的40%擺布,車身的輕量化關于整車的輕量化起著無足輕重的作用.完成車身構造輕量化首要有兩個路徑:一是選用強度更高、分量更輕的新資料,例如鋁鎂合金、高強度鋼材等;二是計劃更合理的車身構造,使零部件薄壁化、中空化、小型化、復合化以及對車身零部件進行構造和技能改進等.第一種路徑在現(xiàn)在看來應當是車身輕量化的干流,對于規(guī)模化出產的需求,已有很多輕質資料使用于車身制作工業(yè),如高強度鋼、鋁合金和碳纖維等;第二種路徑是使用有限元法和優(yōu)化計劃等辦法對車身進行構造剖析及優(yōu)化計劃,以減小車身骨架和車身鋼板的質量.以上兩種路徑是相輔相成的,有必要采納資料更換與構造改進相聯(lián)系的辦法,才可能在保證轎車全體質量和功用不受影響的前提下,最大極限地減輕各零部件的質量.

轎車底盤是轎車的支撐有些.它保證了轎車的堅固性,經(jīng)過減震然后協(xié)助進步轎車的碰擊阻力.在衡量轎車內的噪音、振動水平(NVH)的數(shù)值中,底盤也是非常首要.NVH的下降不只供給了舒服的駕馭感觸,而且還下降了連接件的壓力,增長了這些組件的使用壽命,而下降NVH的決定性要素是能量的吸收.能量吸收的水平越高,NVH下降的程度就越大.更首要的是,在磕碰中能夠非常好地進行人員維護.所以有關于電動車而言,它需求專業(yè)化底盤計劃.不一樣于傳統(tǒng)轎車,它以滿意動力電池、電機、操控器等零部件的布置請求;一起向電子化、信息化、集成化、網(wǎng)絡化、智能化方向展開,滿意將來電動轎車的展開請求.

跟著國內外電動轎車的展開,別的輕量化新資料和新技能的使用也逐漸多了起來并趨于老練(見表1).現(xiàn)在咱們要點重視的技能有: 

(1)塑料翼子板PPO/PA;

(2)前端模塊化計劃;

(3)門模塊; 

(4)后尾門模塊;

(5)整車玻璃塑料化; 

(6)高強度鋼的使用份額逐漸添加; 

(7)熱壓成型新技能的使用; 

(8)液壓成型; 

(9)激光拼焊; 

(10)鋁鎂合金零部件的使用逐漸增多.

輕量化及塑料玻璃在新動力轎車上的使用剖析

2.輕量化作業(yè)的機會與挑戰(zhàn)

新動力轎車職業(yè)正處在一個迅速展開的階段,我國和世界轎車集團的距離在新動力轎車范疇的表現(xiàn)并不像傳統(tǒng)燃油車那么無窮,大有些都處在同一起跑線上,甚至在某些范疇,比方電池技能方面還獲得了一些世界搶先技能.但假如不捉住將來的5~10年時間,將會在新動力轎車范疇的距離再次被世界轎車集團拉大,我國轎車業(yè)將失掉這一前史機會.電動轎車作為將來5~10年展開的要點,輕量化技能的使用將越來越受到重視.

現(xiàn)在國內一切轎車廠,簡直都觸及了新動力范疇,輕量化也是咱們所一起尋求的方針,但也存在一些疑問,筆者以為首要有三個方面.

2.1輕量化技能與世界先進水平存在必定的距離

首要表現(xiàn):零部件計劃開發(fā)及實驗才干;在資料開發(fā)、模具制作、技能設備、新技能的使用老練度方面距離顯著;現(xiàn)在大都輕量化新資料和新技能的研討大都都是國外的作用,國內短少初始的參數(shù)和實驗數(shù)據(jù),只能將零部件拿到國外的公司計劃開發(fā),模具和技能設備根本靠進口,模具和技能設備的制作才干現(xiàn)在國內落后世界很多.這就致使了國內輕量化技能的使用本錢添加,投資變大.現(xiàn)在,世界上全鋁車身、模塊化計劃、塑料翼子板、熱壓成型高強度鋼的使用技能現(xiàn)已適當老練,也有不少成功使用的車型,而國內自立開發(fā)使用的車型卻屈指可數(shù).所以需求國家有關部分的重視,加大上游研制的支撐力度,格外是在新資料、模具制作、設備制作水平上完成國內自立開發(fā)、出產.

2.2輕量化技能的工業(yè)化疑問

首要表現(xiàn):一些先進輕量化技能只能在國外出產和制作,國內受計劃才干、模具制作才干、以及設備,資金的約束,尚無一家具有出產才干;無法完成國內的工業(yè)化,新的輕量化計劃也只能是坐而論道.需求國家有關部分的重視和推進全部轎車工業(yè)鏈的展開與建造.只要全部轎車工業(yè)鏈上的核心技能完成了國內工業(yè)化,咱們的民族轎車工業(yè)才干不受制于人,一起減低電動車的本錢,推進全部電動轎車職業(yè)的健康展開.

2.3輕量化技能有關規(guī)范法規(guī)

新動力轎車是高新技能密集型商品,計劃面很廣,技能更新展開也很快,因而要不斷擬定和修訂有關規(guī)范,以便非常好的適應和推進職業(yè)的健康展開.現(xiàn)在一場沒有硝煙的規(guī)范化爭奪戰(zhàn)現(xiàn)已打響,知識產權的維護迫在眉睫的擺在國內公司的面前.失掉規(guī)范法規(guī)這個新動力職業(yè)的制高點,咱們將會支付慘痛的價值,我國在這方面的經(jīng)歷現(xiàn)已足夠深刻.所幸的是現(xiàn)在國內也十分重視電動轎車規(guī)范化的建造,很多科研單位和公司在展開電動轎車的研制和工業(yè)化的一起,也在積極學習和借鑒國外電動車規(guī)范的作用和經(jīng)歷.積極展開咱們自個的電動車規(guī)范化作業(yè)有利于我國電動轎車工業(yè)的展開.

國家有關部分應要點重視和推進完善規(guī)范法規(guī)系統(tǒng),加強規(guī)范法規(guī)的擬定力度和完善各公司間地協(xié)作,切實加強規(guī)范法規(guī)對職業(yè)的指導作用,爭奪在短時間內根本樹立起與工業(yè)展開和動力計劃相適應的節(jié)能與新動力轎車規(guī)范系統(tǒng);一起積極參與世界協(xié)作,在世界規(guī)范爭奪戰(zhàn)中獲得有利位置.

這篇文章列舉在以PC為資料的塑料車窗技能使用研討方面的狀況,要點探討了塑料車窗在國內的使用遠景和需進一步解決的疑問.

3.PC視窗技能展開

聚碳酸酯簡稱PC,是一種無定型、無臭、無毒、高度通明的無色或微黃色熱塑性工程塑料.它具有以下特色:優(yōu)秀的物理機械功用,蠕變性小,尺度安穩(wěn);杰出的耐熱性和耐低溫性,無顯著熔點,在220~230℃呈熔融狀況;由于分子鏈剛性大,樹脂熔體黏度大;吸水率、縮短率小,尺度精度高,尺度安穩(wěn)性好,薄膜透氣性小;屬自熄性資料;對光安穩(wěn),但不耐紫外光;耐油、耐酸,不耐強堿、氧化性酸及胺、酮類,溶于氯化烴類和芳香族溶劑,長時間在水中易致使水解和開裂.它的缺陷是因抗疲勞強度差,簡單發(fā)生應力開裂,抗溶劑性差,耐磨性欠佳.經(jīng)過改性和鍍層后可使用于轎車車窗,它在將來10年的首要使用是:天窗,固定車窗(除前風擋),車身面板等(見圖1);聚碳酸酯作為轎車車窗使用的需求量預期到了2018年將到達約100kt.現(xiàn)在對比老練的塑料車窗開發(fā)流程為:構思→計劃理念→資料挑選→商品計劃→技能開發(fā)→模具計劃→注塑成型→涂層→制品.

如圖1所示,由于前風擋法規(guī)和安全性的請求,現(xiàn)在,前風擋在現(xiàn)有技能水平下還無法使用;前三角窗和前車門玻璃由于耐磨性請求和駕馭員的視界請求等,正在研制;商場現(xiàn)已有所使用的,首要是車體后半部的車窗和固定車窗以及全景天窗等.有關于無機玻璃,聚碳酸酯PC玻璃具有以下優(yōu)勢:

 (1)計劃自由度進步,功用聯(lián)系;

 (2)韌性,抗沖擊性進步;

 (3)減重作用顯著,可下降整車重心,削減二氧化碳排放;聚碳酸酯比重為1.2g/cm3;無機玻璃比重為2.5g/cm3,理論減重50%,實踐使用中減重作用為30%~40%;

 (4)可回收,環(huán)保,循環(huán)使用; 

 (5)進步安全性.

輕量化及塑料玻璃在新動力轎車上的使用剖析

跟著商品功用和制作技能的不斷完善,塑料車窗正在向著模塊化的方向展開(見圖2).圖2中的全景塑料天窗采納模塊化計劃,集成了剎車指示燈、室內照明燈、線束、天線等都有所表現(xiàn),計劃自由度高,能夠充分發(fā)揮塑料車窗的優(yōu)勢.當然PC也存在必定的缺乏: 

(1)耐候性不如無機玻璃; 

(2)耐磨、耐刮擦性不如無機玻璃;

(3)拉伸模量與無機玻璃區(qū)別顯著.

對于PC的這些缺陷,一方面能夠經(jīng)過與別的有機物共聚、均聚、共混來克服;一方面需求優(yōu)化模具和技能計劃;別的對于耐候性和耐磨性的缺乏,需求合適的涂層技能.但國內最缺乏的即是涂層技能的工業(yè)化使用.現(xiàn)在作用最佳的是濕涂層技能,經(jīng)過它的處理,PC玻璃的耐刮擦及耐候性可得到極大改進;在聚碳酸酯上施涂濕涂層的可加工性及使用現(xiàn)已在國外得到證明和實車使用,車窗玻璃可完成減重40%.

4.塑料車窗功用研討

4.1資料功用

本次研討樣品今后風擋為目標,塑料后風擋以PC(聚碳酸酯)改性資料作為原資料.原資料功用測驗成果見表2.

輕量化及塑料玻璃在新動力轎車上的使用剖析

由于聚碳酸酯本身存在的耐刮擦和耐候性缺乏,就決定了需求PC玻璃涂層技能,采用淋涂技能、雙層涂鍍技能可獲得較好的耐候、耐磨作用.

經(jīng)過在我國國內的商場調查,現(xiàn)在PC玻璃工業(yè)化的最大缺乏點是在涂層技能方面;模具、注塑機等設備國內僅少量幾家具有必定的計劃和出產才干;最新型的注塑技能為旋轉注塑、多層注塑,一起注塑時可動態(tài)給模具加熱,模具加熱有利于進步商品合格率和制品質量,國內現(xiàn)在還沒有這項技能.實踐使用和本次測驗的塑料車窗都是帶涂層的商品.

4.2商品功用

后風擋由于有除霜除霧的請求,所以塑料車窗可分為帶電阻絲和不帶電阻絲兩種.

不帶電阻絲

塑料玻璃由于其用途與傳統(tǒng)玻璃是一起的,所以車窗玻璃的大有些功用請求,塑料車窗也有必要滿意,僅僅詳細的規(guī)范還需很多的實驗數(shù)據(jù)供給參閱.塑料車窗根本功用請求包含:人頭模型沖擊實驗、落球實驗、霰袋沖擊實驗、磨損實驗、抗穿透實驗、防火實驗、耐濕性、耐熱實驗、耐化學性實驗、耐候性、透射比、光畸變等.

經(jīng)過實驗咱們發(fā)現(xiàn)PC塑料后風擋具有杰出的抗沖擊功用和光學功用,PC塑料后風擋與傳統(tǒng)玻璃相比光學功用優(yōu)越,透光率到達90%以上;落球實驗和霰袋沖擊實驗成果沒有區(qū)別,且PC后風擋一起也滿意人頭模型沖擊實驗和抗穿透實驗;PC后風擋機械功用優(yōu)于傳統(tǒng)玻璃;但其抗磨功用和耐輻照功用較傳統(tǒng)玻璃較差.當然咱們是沿用現(xiàn)有規(guī)范和實驗計劃進行剖析的,經(jīng)過全部進程咱們也感到直接套用現(xiàn)有傳統(tǒng)玻璃的功用請求和實驗辦法,并不徹底合適塑料車窗.所以需求經(jīng)過很多的數(shù)據(jù)堆集和研討實踐的使用環(huán)境,擬定契合實踐使用請求的規(guī)范和實驗辦法;一起也有必要從塑料車窗商品功用本身動身持續(xù)改進其本身的耐磨性和耐候性,才干推進塑料車窗的實踐使用.

帶電阻絲

塑料后風擋除需求除霜除霧功用外,仍然需求思考別的功用請求.它包含:耐清洗液、過電壓、加熱絲耗費功率、溫度功用、不通明率、消融功率、插片強度、加熱絲插片抗曲折實驗、電熱耐久性等請求.

經(jīng)過全部實驗發(fā)現(xiàn)PC塑料后風擋由于塑料的導熱性較傳統(tǒng)玻璃差,塑料玻璃與電阻絲的聯(lián)系技能還不是很完善,其耗費功率和溫度功用顯著低于傳統(tǒng)玻璃,而耗費功率低致使通電后其主表面溫度低,不能起到極好的除霜作用.因而主張PC后風擋若想到達抱負的除霜作用,其耗費功率應在不影響整車功率的條件下高于傳統(tǒng)玻璃的請求,但需求思考與整車電源功率匹配.

圖3所示為咱們對帶加熱絲的后風擋進行除霜除霧實驗時的狀況.實驗進程中主表面溫度為32.8℃,兩邊插片附件溫度為56.4℃.由于塑料導熱性較傳統(tǒng)玻璃差,所以除霜除霧功用有待進步.

輕量化及塑料玻璃在新動力轎車上的使用剖析

5.結束語

輕量化是新動力轎車展開的必定請求,前期構造計劃、新資料、新技能,新技能的開發(fā)需求上游資料廠、整車廠、零部件公司及全部工業(yè)鏈的協(xié)調展開與協(xié)作,也格外需求國家有關政策法規(guī)的引導和支撐.

作為整車輕量化的一個手法,塑料車窗的使用遠景廣闊.鑒于實驗條件的局限性,終究成果難免存在必定差錯,但是經(jīng)過本次實驗,現(xiàn)已能夠開始獲得以下幾點成果.

(1)塑料車窗在新動力轎車上可使用零部件:全景天窗、后風擋玻璃、側固定車窗,全體較傳統(tǒng)鋼化玻璃實踐使用中減重作用為30%~40%;單件本錢需求終究國內工業(yè)化后承認.

(2)塑料車窗的使用首要存在三個疑問:規(guī)范和實驗辦法的樹立疑問、國內工業(yè)鏈建造疑問、本錢疑問.這三方面疑問應加以打破和展開,塑料車窗必像轎車大燈相同,迎來迅速展開.

(3)塑料車窗的耐磨性和耐候性是首要存在的兩個難點,還需依靠涂層技能的展開,以滿意車窗的耐候和耐刮擦等功用請求;國內應當加強涂層技能研討,不斷改進和進步塑料車窗的耐磨性和耐候性.

(4)塑料車窗的除霜除霧功用還需加強研討和改進功用.

(5)現(xiàn)在塑料車窗實踐使用進程中面對無規(guī)范可依的疑問,照搬傳統(tǒng)玻璃的規(guī)范和實驗辦法顯然不徹底合適塑料車窗.怎么斷定合適塑料車窗的一致的請求和實驗辦法急需有關部分和公司一起擬定完善.而且后期塑料車窗3C認證疑問也需盡快解決.

(6)經(jīng)過研討,咱們以為塑料車窗現(xiàn)階段對比合適B柱以后的固定車窗,格外合適外型雜亂、自由度高的計劃,一起可完成零部件的集成模塊化,這么盡管塑料車窗單件本錢進步了,但經(jīng)過削減零部件的數(shù)量,整車本錢仍可得到較好操控,然后推進塑料車窗的使用和完成整車輕量化目的.

模塊可靈敏構成不一樣的專業(yè)才干,掩蓋該專業(yè)才干的一切模塊有機地組合本錢專業(yè)的模塊化教育系統(tǒng),終究構建成模塊化人才培育計劃,以培育學生專業(yè)才干、歸納本質、謹慎的作業(yè)作風、腳踏實地的科學態(tài)度和形形色色的立異精力.因而,只要構建合適各專業(yè)特色的模塊化教育形式,才干進步使用型高等院校教育質量,培育出社會所需的高質量的工程使用型專業(yè)人才.