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全生命周期时代汽车轻量化 高强钢和含纤维复合材料被看好

着国家环保法规和燃油经济性政策的不断收紧,节能减排和轻量化已成为当前汽车发展的重要趋势。实验证明,汽车整车重量每降低10%,燃油效率可提高6%-8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3-0.6升。7月27日,盖世汽车与寻材问料联合举办的《第二届汽车新材料新工艺发展趋势论坛》便就此进行深入探讨。会议期间,盖世汽车邀请到北京汽车研究总院内外饰及车内空气质量专家钟广亮,就车身轻量化及车内空气质量等问题进行了介绍和分享,以下是采访实录:

盖世汽车:近年来汽车材料的轻量化和车内空气质量成为行业关注的热点,能否谈谈现阶段这两方面在国内外发展的情况?

钟广亮:国内外汽车轻量化发展趋势比较一致,主要有几个方向,一是结构的优化,去除一些冗余的结构;另外,最重要的还是材料替换,比如钢板结构减薄优化、铝合金和镁合金的应用、以塑代钢及含纤维增强复合材料的替代,国内外趋势是比较一致的,但国内发展速度相对落后于国外。

国外汽车轻量化的成功案例,比如宝马i3采用全碳纤维车身,宝马i8采用碳纤维和铝合金相结合,以及后来的特斯拉,国内这方面成功的案例比较少。

盖世汽车:根据中国汽车工程学会发布的路线图,在2016年-2020年,要实现整车比2015年减重10%。您认为整车企业实现这一目标是否有一定的压力?

钟广亮:有压力是必然的,现在不仅是轻量化这个重要指标,对于我们而言成本也提上日程,这方面压力比较大。现在很多轻量化方案存在的重要问题,就是成本相对较高。比如碳纤维的方案,碳纤维本身零部件生产效率就较低,制造成本相对较高,碳纤维材料在汽车行业发展十几年,在普遍应用上一直没有特别明显的进步,关键因素还是成本问题,技术上相对容易突破,但成本带来的压力更大。

盖世汽车:轻量化材料众多,您目前比较看好哪一类轻量化材料,原因是什么?

钟广亮:轻量化材料我比较看好两方面,一是钢板性能的提升,这方面日本做的比较好。在我们中国的自主车型中,高强度钢用的比例比较高,但超高强度钢用的比例还是偏低,而且比较倚重于进口;另外我比较看好复合材料,包括树脂类复合材料比如添加玻纤或者碳纤之类的复合材料,但是有个很重要需要去解决的问题就是回收利用这部分,碳纤维材料的回收利用问题在欧洲基本上已经解决了,碳纤维材料的回收利用在国内虽然技术上可行,但还没有批量的落实;另一个问题是成本。

我不太看好镁合金及铝合金,因为从全生命周期来讲,这些材料的碳排放是很高的。因为生产环节碳排放很高,从轻量化角度来说,虽然在减重方面做出了贡献,但我们要衡量轻量化目标的话,因为其最终目的是对整个环境的节能减排,还是应该以全生命周期来衡量。

盖世汽车:在车身轻量化方面,北汽做了哪些工作?其中有哪些亮点?

钟广亮:我们也在向新材料和新技术上应用做一些探索,比如用SMC取代钢板作为车身结构,这个减重效果是特别明显的;还有对保险杠的薄壁化,从原来3.2-3.8毫米的厚度,减少到2.2-2.8毫米之间;另外对低密度聚丙烯的应用,我们将低密度聚丙烯应用于门护板,因为它的密度相对传统聚丙烯要低一些,整体减重效果比较明显。

但从减重效果看,以塑代钢效果更明显,内外饰相对效果要弱一些,因为内外饰本身就是轻质件或者非金属件,本身重量就比较轻。但在这方面的应用案例和技术前景范围也很广,比如刚提到的低密度材料和高性能薄壁化的应用,包括生物纤维的应用等这些方面。

盖世汽车:2017年1月1日实行的国家环保部《乘用车内空气质量评价指南》将标准变更为强制标准。可以说,VOC方面的管控更加严格。您能否谈谈这一变化对于对整个行业以及相关企业的影响?

钟广亮:目前VOC标准目前还在征求意见,还没有强制实施,但它已加入到国六标准中,要满足国六标准,就要满足这个乘用车指南的标准。原来的标准里乙醛在市场上调研的合格率普遍偏低,在征求意见稿中,将乙醛这项指标放宽了,对车企的压力相对来说减轻一些,但是它在苯、甲苯、乙苯、二甲苯方面做了加严,这样是比较合理的,因为苯相对而言毒害要更大一些,从毒害的角度讲,征求意见稿的标准比原来的标准更趋于合理。

对于车企,主要面临两个问题,一是一致性的保障,VOC本身的特点一致性的效果就比较差,从检测手段等各方面都很难保障一致性;另一个是管理成本大幅增加。无论是材料的选择,还是质量一致性的监控,包括前期开发检测的投入,各方面都会有大量成本上升。

盖世汽车:您认为影响车内空气质量的因素有哪些?

钟广亮:车内空气质量主要分四个方面,分别是气味、狭义的VOC(国标所指出的几项有害物)、雾化和颗粒物。颗粒物主要看空调过滤芯,滤芯的质量对颗粒物的影响是决定性的;第二是雾化,现在不存在太大问题,所以现在基本不谈这部分;关于VOC,像有毒有害影响比较高的几项,关键还是管理成本,另外是材料的选择,对于制造工艺会有些影响,但相对材料来说,其影响更弱一些。如果汽车行业将这方面的管控做的更深入,将压力逐级传递,应该追溯到最基础的化工行业,比如最基础的石油提炼,我觉得在中国这方面还有很长的路要走。

另外就是气味,主要分两方面看,一个是人体感知,这点中国和欧美有区别,美国在JDPOWER报告里比较低,数值在1左右,而中国2016年调研的数值是16,这个数值已经很高了,说明不同人群对气味的敏感程度差异非常大;另一个是零部件厂家、材料厂家包括主机厂对这方面的技术改进。这方面我们要做几项工作,首先是研究分析气味是由哪些物质造成的,哪些气体会让人感觉不舒服,然后评估车用材料的成分、工艺参数对这些气体产生相应的影响,再向上追溯,涉及到化工就是石油提炼,直到最初的化工产品,因为这是最根本的化工源头。

盖世汽车:降低整车VOC,北汽目前主要从哪些环节入手的?

钟广亮:我们2015年成立了一个环保工作组,开展ELV和车内空气质量两方面的工作。从2016年成立了气味技术团队,大概有二十多人,逐步建立起比较完善的车内空气质量控制体系,包括管理体系,其中包括开发流程,管理制度,监控制度,然后技术体系,其中包括标准,包括材料选择上的技术积累,包括检测能力,工艺数据参数的数据库,等这些积累,再转变成研发动力去管控车内空气质量。

盖世汽车:您认为整车VOC的降低目前所面临的主要挑战是什么?

钟广亮:挑战主要有三方面,一是从管控角度,一致性是比较大的挑战,目前整个汽车市场的VOC一致性还比较差,从调研数据来看,还有相当一部分车不合格,包括市面上的消费者已经使用一段时间的车。二是管控成本比较高,新材料的引入必定意味着成本的增加,短期内会造成成本升高,要有很多人员设备、流程及管理;三是上游化工行业的发展目前相对比较滞后。

盖世汽车:您对车辆VOC的未来怎么看?

钟广亮:未来我还是比较看好的,因为今年5月份我们用快检设备进行了一次调研检测,检测结果显示在VOC这方面表现是非常好的。


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