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愈演愈烈的“汽车轻量化”——访前福田集团雷萨研究院副院长兼材料所所长朱雷先生
发布时间:2017-7-6 18:56:02   浏览次数:1376

近年来,世界各国燃油经济和排放量等不断严苛的标准对汽车制造业提出更高要求,因汽车的整体重量直接关系到燃油效率、排放、油耗、环保,所以汽车轻量化势在必行。无疑,包括塑料、复合材料、铝合金等在内的多种轻质材料在汽车工业中具有令人期待的发展前景。

一直以来,一提起塑料及复合材料,人们脑海里跳出的大多会是实用性、轻量化等这些词语。确实,相对于这些几乎渗透进人们日常生活中每一个角落的普通概念来说,塑料及复合材料专业显得太朴实、太低调了,低调得几乎让人产生一种神秘感。然而,就有那么一批专业人群,他们守望着这份朴实,享受着这份低调。

1991年北航聚合物基复合材料工程专业毕业的朱雷,在2012至2014期间,任福田集团雷萨研究院副院长兼材料所所长,主攻方向是碳纤维复合材料在汽车产品轻量化上的应用。

如今47岁的他早已经过了“四十不惑”的人生阶段,他在汽车行业深耕细作多年,探讨了塑料及其复合材料在汽车行业的重要发展方向,也举例分享了如今汽车塑料零部件在开发与应用方面的创新。

记者:汽车塑料零部件作为汽车工业的基础,是支撑汽车工业持续健康发展的必要因素,可否说明如今汽车塑料零部件在开发与创新方面的应用?

朱雷: 从材料的基础特性而言,可以归纳为几个方向:可回收性、燃烧特性、纤维增强塑料(碳纤维复合材料)对金属的替代。

“可回收性”方面我的看法是:除了PP,其他材料,包括聚氨酯、环氧树脂都难于回收成为初始原料,甚至包括以日本企业为主开发的热塑性树脂碳纤维增强复合材料,都还不具备回收的可行性,所以谨慎欢迎继续的研究,但反对投入大规模工业化生产,否则,带来的垃圾将是极其可怕的。

而“燃烧性能”可以这样理解:在飞机和火车上,难燃、低烟、自熄已经成为非金属材料被使用的先决条件,汽车,尤其是乘用车,引入这一理念相信是指日可待了。

记者:您更看好塑料及其复合材料在哪些汽车部件的发展前景?

朱雷:复合材料在汽车上,尤其是乘用车上用量会增加,我看好的方向是车架或者说是承载式车身的下半部分。

我个人认为,中国汽车企业并没有把主要精力放在认真研发上,而是一味地模仿。因为复合材料零部件与车身的连接方式不是传统的焊接、铆接,而是胶接,这将颠覆现有的汽车总装流水线的布置,加之对未来市场的预期的不确定,现实中在中国车企阻力极大。

但是,核心技术不是大问题,BMW从0到1也就经历十年多的时间,相信中国人在这方面肯定能做得更好。

记者: 宝马i3是复合材料在汽车行业应用的里程碑式进展。除此之外,还有哪些车企在复合材料的应用方面有独到之处?请举例说明。

朱雷:现在制约EV电动车发展的主要是电池的技术障碍,除了宝马,其他企业在复合材料应用领域的水平差不多,德国之前的表现一直好于美国、日本。日本最近在热固性复合材料上处于下风,而热塑性方面显得突出一些,但总体来说,只有宝马i3,其他车企还确实无人能及。

记者: 2016年底,宝马传出有意在下一代宝马i3 上取消纤维车体的运用,改为铝合金车架的设计。这是一种技术倒退吗?或者说,复合材料的发展必须要解决哪些难题,才有可能与传统优势材料一争?

朱雷:我认为,首先,铝合金并非传统材料,在乘用车上大规模应用也是近期的事,否则,早就被广泛应用了。其次,芳纶纤维在飞机上的应用并没有持续扩大,硼纤维几乎要退出了,如果解决不了可回收问题,碳纤维必须退出,因为要考虑到环保问题。

而且,从宝马i3的车身分析,主车架与电池盒是一体的,本身就是铝合金的,只是铝合金与碳纤维复合材料的比例分配问题,谈不上技术倒退。

记者:这些新的趋势对OEM厂商提出了哪些新的要求?由此推动了哪些技术的进展?

朱雷:对于碳纤维复合材料的两个重要的成型方式HPRTM(HIGHPRESSURE-RTM)和LLD,现在还在不断完善中,但生产效率和产成品质量都在提高中。甚至热塑性RTM的生产效率也在快速提高,成本也不是不可逾越的,但解决不了可回收性。

记者:现在一种汽车零部件可能由多材料制成,比如塑料、钢材、碳纤维及复合材料,中国的OEM厂家或者一级供应商一般有没有一个专门的机构去推进这方面的工作?

朱雷:中科院宁波所、康得复材、浙江精功等单位都在小心尝试。我个人认为,如果复合材料在与铝合金的竞争中最终获胜,中国可能还需要像当年引进汽车一样,重新引进OEM生产线。

工程塑料和复合材料经常一起出现,特别是在汽车领域。据悉,国外汽车品牌现在已经大规模使用塑料复合材料[主要是玻纤增强复合材料如:长纤维增强热塑性材料(LFT)等]和高性能的工程塑料等,而国内自主品牌汽车在塑料复合材料上的应用(重量占比)却相对较少。这也反映了我们整车轻量化技术水平的差距。我国目前平均每辆汽车塑料用量占汽车比重的5%-10%,预计到2020年,汽车平均塑料用量将可能达到500kg/辆以上,约占整车用料的1/3以上。

随着新能源汽车的广泛使用,加之铝合金、镁合金的成本过高,且以进口为主,未来汽车的车顶、车门、座椅部件、轮毂以及汽车周边结构件,甚至车身都有可能改用工程塑料。从目前汽车使用的材料来看,无论是外饰件、内饰件,塑料用量都在不断地增加。

随着工程塑料硬度、强度、拉伸以及功能特性的进一步开发,塑料车窗、车门、骨架乃至全塑汽车已逐步出现。这些趋势在本届Chinaplas展会现场也随处可见——利用吹塑工艺将软硬两种材料融合而成的汽车进气管、应用于电动车车身部分外壳和腰线以上的全车窗材料……由此可见,汽车用工程塑料和复合材料行业的未来发展空间巨大。

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