智能车辆设计，离不开这些塑料

目前，塑料和汽车行业正经历着一场巨大的变革。它们都面临着更高的可持续性要求。K 2022展会上的各种产品展示了该如何实现这些目标。由此表明，使用合适的材料不仅可以减少二氧化碳排放量，而且还可以提高部件设计的优势。

目前，塑料和汽车行业正经历着一场巨大的变革。它们都面临着人们提出的更高的可持续性要求。K 2022展示了这两个行业该如何共同应对这些变化。由此可知，使用合适的材料不仅可以减少二氧化碳排放量，而且还可以提高部件设计的优势。

标题图：日本旭化成（Asahi Kasei）公司在K 2022上展示了新一代概念车。其透明车顶可能会为未来汽车带来一些变化 © Hanser/F. Streifinger

在K展开幕前两天，美国塑料工程师学会（SPE）颁发了传统的SPE汽车创新奖。许多获奖部件在展会上深受赞誉。由此可见，在许多情况下，合适的材料对于成功的实践来说极为重要。

举例来说，EMS-Chemie公司的展台上展示了卡车制动系统的控制模块（图1）。它将七个单独的模块集成在一个部件中。该模块可用于控制制动和紧急制动系统、防抱死制动系统和底盘等。由于一个部件集成了不同的功能，零件的数量和重量都得以减少。后者还可以通过用塑料部件替换金属部件来实现。这两种解决方案都是为了减少二氧化碳排放量并确保更好的可回收性。

图1：七个一组——Haldex Brake Products公司生产的控制模块将七个单独的模块集成在了一个部件中 © Hanser/F. Streifinger

该模块由Haldex Brake Products公司与KB Components和EMS公司共同开发。将不同的功能集成在单个模块中并将其应用于汽车领域，意味着所用的材料必须具有足够的路面耐盐性、耐柴油性、耐碱性清洁剂、制动液以及冷却剂和溶剂等。因此，来自于EMS Grivory HTV系列的耐高温聚邻苯二甲酰胺（PPA）被选用。

图2：制动盘保护部件最令人激动的特点是其生产工艺和材料：所用的连接方法在热固性和热塑性材料之间形成了分子键。所用的热塑性材料是Akro-Plastic公司生产的生物基PA © Hanser/F. Streifinger

另一个获奖部件在Akro-Plastic公司的展位上展出。它涉及摩托车的混合制动盘保护（图2）。该部件最令人激动的特点是其生产工艺和材料。它通过Conexus技术制造，这是一种在热塑性材料和热固性材料之间形成分子键的连接过程。为此，通过等温热压成型将耦合薄膜与热固性材料连接，然后用聚酰胺（PA）背面注塑成型。

所用的材料是Akro-Plastic公司生产的PA510——一种长玻纤增强的生物基PA。所用的预浸料用天然纤维增强。两者确保了部件在达到所需机械性能的同时减少二氧化碳排放量。参与开发的合作伙伴包括KTM Technologies、Altendorfer Kunststofftechnik、Alba Tooling & Engineering、Bcomp、Akro-Plastic、工程公司Zahler以及Fraunhofer ICT。

图3：基于ID.3电池的电池样品。外壳完全用塑料通过单级工艺制成。为了保护电池，特定位置用连续纤维复合材料加固 © Hanser/F. Streifinger

另一个获奖产品——电动汽车电池组（图3）在朗盛公司的展位上展出。该样品是朗盛公司与考特斯公司共同开发的基于大众电动汽车旗舰产品ID.3的电池外壳。该塑料制造商表示，这是首个完全由热塑性材料制成的电动汽车电池组。该部件由单级冲击挤压工艺生产。由于部件尺寸的原因，需要用到一种特制的材料——朗盛公司生产的玻璃纤维增强PA6 Durethan B24CMH2.0。该材料的流动性得到了提高，因此能够满足生产工艺要求。

此外，为了保护电池组免受损坏，碰撞位置用连续纤维增强PA6复合材料Tepex dynalite 102-RGUD600进行了加固。万一发生碰撞，该织物的结构可确保能量发生相应的偏转，从而保护电池。

图4：旭化成概念车的透明车顶由PC制成。专门开发的涂层提高了该聚合物的耐刮擦性和耐候性，因此能够满足挡风玻璃的要求 © Hanser/F. Streifinger

该样品旨在展示用塑料代替金属为电池组带来的改进。这些改进确实令人瞩目。与铝制型号相比，塑料型号的重量轻了约15%。该部件的二氧化碳排放量也显著降低，据说最高可达40%。究其原因，部分是因为与铝相比，生产PA6的能耗低得多。此外，金属的常见精加工步骤（例如：用于防腐蚀的阴极浸涂）也被单级生产工艺淘汰。再者，固定元件和加强筋等均可直接集成，因此能够减少安装工作并降低制造成本。汽车行业必定对此非常感兴趣。朗盛公司表示，该样品目前正在系列车辆上进行道路测试。

更好地保护电池

总的来说，电动汽车电池是塑料生产商目前的发展重心之一。因此，防止单个电池或整个电池热失控极为关键。如果不能做到这一点，则有可能引发火灾。在这种情况下，为了让乘客有足够的时间远离车辆，材料需要长时间承受高温并防止热量释放到周围环境中。

图5：雪铁龙和巴斯夫联合推出的 “Oli” 汽车项目旨在展示未来电动汽车更可持续和高性价比的理念。为了提高可回收性，座椅全部由单一材料制成 © Hanser/F. Streifinger

针对这一情况，瓦克化学展示了一种应用于电池外壳内部的有机硅弹性体混合物。在相应温度的作用下，混合物陶瓷化并形成热保护层。虽然只有若干毫米厚，但该保护层据称能够承受1000°C以上的高温。

旭化成公司展示的一项技术可能会为汽车生产带来又一次重大变革。这家日本化学公司推出了一种聚碳酸酯（PC）的硬涂层方法。它确保了该聚合物具有足够的耐刮擦性，因此能够用于汽车挡风玻璃。该公司称，通过使用该方法，PC将符合UN ECE R43法规规定的车辆安全玻璃的耐磨性和耐候性要求。因此，它有望在未来替代汽车的玻璃窗。旭化成公司已在K 2022上展示的概念车中使用了新技术。该车辆的大型透明车顶由具有特定涂层的PC制成（图4）。

天窗以此解决了汽车行业的另一个焦点问题——可持续材料，因为PC的原材料是二氧化碳。相应的生产方法也源自于该日本公司，并且至今已上市20年。据称，他们是首个提供此类技术的公司。旭化成没有独自占有该技术，而是将其授权给其他公司使用。该化学公司表示，目前全球15%的PC都通过这种方式生产。

图6：罗姆生产的PMMA可用于制造资源和能源消耗更低的尾灯。这种材料的红光透射率较高，可使用更少和更低亮度的LED来制造尾灯 © Hanser/F. Streifinger

雪铁龙和巴斯夫联合推出概念车

在K展开始之前，法国汽车制造商雪铁龙联合巴斯夫推出了另一款概念车。通过名为“Oli”的设计项目，两家公司希望推动汽车朝更可持续和高性价比的方向发展。因此，车辆的核心问题之一是减少非必要的部件和功能。其目的是减轻重量和节省资源。没有娱乐和导航系统就是对此的最好诠释。相反，其构想是通过乘客的智能手机和手机扬声器提供这两种功能。110km/h的最高时速限制也是一个令人激动但却有争议的做法，其目的是延长电动汽车的续航里程。

图7：从轮胎到门把手——用于生产梅赛德斯奔驰S级轿车部件的PA6由废旧轮胎中的热解油和生物甲烷制成 © Hanser/F. Streifinger

遗憾的是，K展的观众无法在现场体验完整的概念车。展会期间，它正在巴黎车展上展出。但巴斯夫展台上展示的汽车座椅很好地诠释了这一基本理念（图5）。座椅完全通过3D打印而成，其开放的网格结构提供了通风功能，因此不再需要风扇。它全部由热塑性聚氨酯（TPU）制成。这种单一材料的做法简化了回收，同时被用于车辆的其他部件。

利用分层结构进行功能集成

科思创展位上的一个部件对汽车内饰的当前趋势进行了很好的总结。饰件的表面由实木制成。该塑料生产商表示，天然材料在该领域非常受欢迎。直接集成在部件中并用作环境照明的照明设计的需求量也很大。更重要的是，LED等光源仅在打开时可见，平时并不引人注意，类似于显示屏的黑面板效果。集成灯光效果控制和其他功能（如触摸操作）的需求量也越来越大。

展出部件采用层状结构。针对背光照明，实木表面下方装有一层Makroblend OM（一种玻璃纤维增强的PC共混物）。这是一种透明材料，因此部件呈半透明状并具有必要的刚度和拉伸性。触摸和其他操作功能则通过带有集成电子设备的后膜来实现。顶层由玻璃纤维增强PC/ABS共混物组成。尽管部件集成了众多功能，但厚度仅为7mm。

但是，黑面板效果的重要性不仅体现在显示屏和内饰照明上。举例来说，外饰尾灯可以制成在关闭时与车身完全融为一体，并且只有在打开时才可见的效果。为了实现这一点，需要用到中性灰这一彩色材料。为此，塑料生产商罗姆（Röhm）在K展上展示了专为此类尾灯设计的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）模塑料。该化合物的特点是具有较高的红光透射率（图6），因此汽车制造商和供应商能够用更少的LED或更低亮度的光源来制造红色尾灯，从而降低成本并减少能源和资源消耗。

将旧轮胎改造成绿色门把手

巴斯夫展位上的展品极好地展示了如何减少汽车部件的二氧化碳排放量。绿色的门把手（图7）由玻璃纤维增强PA6制成。在生产过程中，巴斯夫使用了化学回收废旧轮胎中的热解油以及农业废料和食品工业废料中的生物甲烷。两种原材料都被用作生产原料，然后根据质量平衡法则分配给PA6。巴斯夫表示，该生产已获得REDcert2计划认证。门把手由汽车供应商Witte Automotive生产。未来，新部件将作为标准配置用在梅赛德斯奔驰S级轿车的不同车型中以及EQE电动汽车中。

本文翻译自KUNSTSTOFFE INTERNATIONAL杂志
作者：Florian Streifinger

来源：荣格-《国际塑料商情》

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