Applicazione di materiali leggeri nelle automobili

1. Background e tendenze

Richiesta leggera: Ogni riduzione del 10%del peso del veicolo può ridurre il consumo di carburante del 6%-8%. Con una densità di 0,9–1,5 g/cm³, le materie plastiche sono alternative ideali a metalli come l'acciaio (7,6 g/cm³).

Protezione ambientale e risparmio energetico: Le materie plastiche sono riciclabili e alcune materie plastiche a base biologica vengono utilizzate nelle parti interne, riducendo le emissioni di carbonio. Ad esempio, la sostituzione del vetro con il policarbonato (PC) riduce il peso del 50% e abbassa le emissioni di CO₂.

Vantaggi del costo e del processo: Le materie plastiche sono facili da modellare ed elaborare, semplificando le fasi di produzione. L'adozione da parte di Daimler-Chrysler di paraurti di plastica ha ridotto i costi del 12% e il peso del 9%.

2. Aree di applicazione principale

Parti interne (56% dell'uso totale di plastica automobilistica):

• Pannelli di strumenti: Tipo morbido (PVC/ABS Skin + PU FOAM) e tipo duro (PP, stampaggio ad iniezione ABS).

• Sedili: Schiuma PU morbida come materiale ammortizzante; Le fibre naturali (come il guscio di cocco) migliorano la traspirabilità.

• Pannelli delle porte: Scheletro ABS + pelle di schiuma PU o materiale TPO per la riciclabilità.

• Headliner: Substrato di schiuma PP + tessuto non tessuto/pelle in PVC, offrendo suono e isolamento termico.

Parti esterne:

• Paraurti: Leghe PC/PBT (elevata resistenza all'impatto), PP modificato (a basso costo). Santana ha usato PP copolimerizzato con elastomero.

• Radiatore Grilles: ABS/PC in lega o ASA (resistente alle intemperie, senza vernici), riducendo i costi del 50%.

• Fenders: Elastomeri PP, FRP o PU induriti con eccellente resistenza alle intemperie.

Parti funzionali:

• Serbatoi di carburante: Compositi multistrato HMWHDPE, chimicamente resistenti e a prova di impatto.

• Collettori di aspirazione: Nylon rinforzato in fibra di vetro (PA), riducendo il peso di 1 kg e migliorando l'efficienza del 15%.

• Sistemi di illuminazione: Finestre e lampade PC/PMMA, più leggero del 40% -50% rispetto al vetro.

Powertrain:

• Coperture del motore/testate: PA modificato, 50% più leggero e 30% più economico.

• Motori in plastica (stadio sperimentale): 50% più leggero dei motori metallici, con rumore inferiore del 30%.

3. Tecnologie di materiale chiave

• Plastiche generali con alte prestazioni: PP (50% di materie plastiche automobilistiche), ABS migliorato dal rinforzo delle fibre (ad es. Fibra di vetro) e alla modifica dell'impatto (ad esempio, inasprimento Poe).

• Compositi: FRP (plastica rinforzata in fibra) per pannelli del corpo e deflettori con alta rigidità. SMC (composto di stampaggio di lamiera) per paraurti e strutture corporei con alta resistenza e basso peso.

• Plastiche ingegneristiche speciali: Lega PC/PBT per paraurti con resistenza al calore e resistenza all'impatto; TPO per le pelli del pannello strumenti con riciclabilità.

4. Confronto nazionale e internazionale

• Gap di utilizzo: Nei paesi sviluppati, l'uso delle materie plastiche nei veicoli raggiunge 150 kg per auto (13% di peso), mentre in Cina è di 110 kg per auto (10%). Per le autovetture, i paesi sviluppati superano i 100 kg per auto, mentre la Cina ha una media di 70 kg.

• Gap tecnologico: Germania e Giappone applicano ampiamente PVC, PU, PP, ABS e FRP; La Cina si basa principalmente su PP e PVC, con un uso limitato di materiali avanzati come la fibra di carbonio.

5. Direzioni di sviluppo future

• Materiali ad alte prestazioni: Nanocompositi, materie plastiche verniciabili e termoplastici rinforzati in fibra.

• Sostenibilità: Plastiche biodegradabili e bio-basate, in particolare per le applicazioni interne.

• Design integrato: Lo stampaggio monopezzo di parti grandi (come paraurti e dashboard) per ridurre le fasi di montaggio.

6. Sfide e opportunità

• Tecnologia di riciclaggio: I compositi multi-materiali (ad es. Pannelli di strumenti) sono difficili da riciclare, che richiedono progetti per una facile separazione.

• Controllo dei costi: PP di verniciabile e materiali senza vernici possono ridurre i costi di post-elaborazione.

Conclusione

Le materie plastiche ingegneristiche modificate, con vantaggi in leggera, integrazione funzionale e protezione ambientale, sono diventate materiali fondamentali nel settore automobilistico. Con i progressi nei compositi e nelle leghe polimeriche, le applicazioni si espanderanno ulteriormente nei sistemi e nelle strutture corporee, accelerando la transizione del settore verso l'efficienza e la sostenibilità. Le imprese cinesi devono migliorare la ricerca e sviluppo in materiali ad alte prestazioni per restringere il divario con i leader globali.