佛吉亚展示汽车材料创新

放大  缩小 日期:2013-11-12     来源:《汽车与配件》13年NO.44    作者:中国汽车材料网    评论:0      
核心提示:在2013年法兰克福国际汽车展上,佛吉亚展示了诸多创新产品和技术,其中包括可实现轻量化和绿色节能的创新材料解决方案。 复合材
 在2013年法兰克福国际汽车展上,佛吉亚展示了诸多创新产品和技术,其中包括可实现轻量化和绿色节能的创新材料解决方案。

复合材料的未来

世界各地的排放监管标准正日趋严格,佛吉亚为更轻、更省油的车辆设计及研发创新材料、技术和工艺。据估计,车辆重量减轻10kg,即相当于减少了1g/km的CO2排放。

在本届法兰克福车展上,佛吉亚外饰系统展示了复合材料在帮助车辆满足新的监管要求方面如何起到更大的作用,这些作用发挥在车辆结构件、半结构件与装饰部件的设计上。到2020年,欧洲新车的CO2排放量被要求控制在95g/km以内。轻量级钢材为满足这个标准扮演着重要角色,而复合材料可以在不牺牲车辆性能的前提下带来更优越的效果。

复合产品设计中主要的挑战在于如何将不同的材料混合起来。研究工作的一方面是开发新一代的复合材料。

复合产品一般由热固性塑料树脂加固的玻璃纤维或碳纤维组成。热固材料很耐用,它不容易被回收利用,而只能被粉碎。如果由热固性塑料树脂代替热固材料,前者就可以被融化和重复使用。不仅如此,热固性塑料复合材料可以被焊接,而热固性材料必须使用胶水或螺钉固定在结构件上,增加了重量。

复合材料研究工作的另一方面是从增强材料的选择到流程优化的产品设计开发。当今最先进的结构部件是碳纤维加固,但由于整个行业内的碳纤维组件价格较高,所以大多应用于高端的高性能汽车上。但佛吉亚正在研究如何在大批量生产中更有效地使用碳纤维和玻璃纤维的方法。佛吉亚确保运用正确的材料和工艺实现批量生产、轻量化以及合理的价格。

目前,佛吉亚正致力于研究生产碳/热固性塑料复合材料的方法,这需要克服一系列的挑战。例如,热固性塑料材料的熔点在150℃~160℃,不足以承受温度超过200℃的电泳涂层工序,而该工序是车辆量产过程中必不可少的一道工序。除此之外,热固性部件,如保险杠,每分钟就能生产一个,而热固性塑料部件的生产目前需要20分钟或更多。正因如此,佛吉亚正在研究短周期和高效的热固性树脂生产工艺。

佛吉亚的现场展示呈现了为当今及未来车辆而设计的复合材料。在全尺寸车身展示的主要复合材料部件包括:薄板成型复合发动机罩、树脂传递模塑碳纤维前翼子板、薄板成型复合行李箱盖及薄板成型复合后翼子板。展示车辆中的外置碳元素包括:前扰流板、车顶及侧翼(进气口)。值得一提的是一套由哑光可视碳模制的完整地板及防火墙。A柱上加强版与行李箱盖也可以看到复合材料。复合材料的门板、前保险杠及门下围板形成了车身结构。

佛吉亚正努力实现此类部件的批量制造,为主流汽车减轻车身重量并进一步提高佛吉亚在轻量化科技领域的领导地位。佛吉亚外饰系统致力于将这些材料与工艺运用到2018年~2020年的汽车上,因此也将满足2020年的CO2排放新标准。

佛吉亚预计这些复合材料有助于减轻40%的结构件重量。

BioAttitude墙

研发环境友好型和可持续发展的车辆需要更多创新。新出现的车内生物型、轻量级、可回收的材料可以显著提高车辆的行驶里程、减少排放以及提高车辆的可回收部分比例。在过去的七年里,佛吉亚内饰系统首先开始开发这样的材料,如今这些年的努力已经转化成天然纤维与新聚合物的结合,产生了巨大的收益。

BioAttitude彰显了佛吉亚的目标,即不断和持续地改善车辆生命周期评估(LCA)结果、减少重量和CO2排放,并大幅降低车辆对石油市场的依赖。本届法兰克福车展是佛吉亚BioAttitude首次向公众展示。佛吉亚展示了其基于天然纤维、利用注塑和压缩方法生产车身部件的产品和工艺。对每一种方法,BioAttitude墙展示了一个由天然纤维物质制成的门板。

三项工艺的第一项是NAFILean (天然纤维注塑设计),这项技术的研发是为了将绿色内容带入到高性能材料中,以用于注塑仪表板、门板和中央控制台上的诸如饰件、车顶、除雾装置和闭合管道等部件。

佛吉亚的NAFILean是汽车内饰市场中独有的天然纤维注塑材料,它支持复杂的形状、设计构造与减重。NAFILean是以麻为基础的天然纤维和聚丙烯的集成。由这种混合物所生产的注塑部件与标准注塑模制部件相比,可减轻20%~25%重量。它还通过提高组件的生命周期,将对环境的负面影响降低了20%~25%。混合物的纤维部分是一种可再生材料,汽车行业已经通过标准塑料处理和再生工艺的结合验证了NAFILean的可回收性。此外,NAFILean在结实度与外观上也有40%的改进。

如果说NAFILean代表了向完全生物材料迈进的中间步骤,佛吉亚的BioMat项目就已经做好准备推出拥有百分百生物原料(天然纤维和生物基质)的注塑材料,摒弃了油基材料。

通过与大学和化工行业的合作伙伴如三菱化学共同努力,佛吉亚已经开发了从自然来源中提取物质生产材料基质部分的工艺。2012年,佛吉亚与三菱化学签署了研发协议,共同开发汽车应用的聚丁烯琥珀酸。聚丁烯琥珀酸代替了聚丙烯作为基质材料。在BioMat中,聚丁烯琥珀酸与麻基础纤维结合,利用纯天然物质生产汽车材料。

在这个产品与工艺的研发过程中,佛吉亚面临过许多固有的技术挑战,包括需要克服潜在的生物降解作用、保证基质暴露于环境中后的稳定性、降低它的高粘度、处理纤维的自然变异性以及创造一种新的原料制造工艺。通过一系列正在申请专利的解决方案,佛吉亚运用BioMat技术消除了每个障碍,给当今的全球汽车市场提供了可靠、高通用度且轻量化的自然材料,这些都有望最早于2016年出现在日常车辆上。

BioMat是汽车市场使用天然材料过程中的一个重要里程碑。它减少了汽车行业对原油价格的依赖、帮助减少温室气体排放,并助力未来汽车的高回收率,同时也对生命周期评估(LCA)起到积极的影响。

佛吉亚的第三种尝试涉及对由传统压缩工艺生产的天然纤维材料的创新。佛吉亚的LignoLite材料结合了木纤维与油基粘合剂。与NAFILean和BioMat一样,LignoLite有助于减轻刚性部件的重量。不同的是,它使用的是压模而不是注塑。因为LignoLite是由85%的木质纤维组成,有利于生态平衡。

最新的梅赛德斯-奔驰S级车的门板上就应用了佛吉亚的LignoLite工艺。与传统的注塑支架相比,LignoLite可以降低高达45%的门板支架重量。重量的减轻也有助于减少温室气体的排放。

同样,戴姆勒智能城市车的仪表板上盖与护膝垫也使用了50%的聚丙烯和50%的亚麻纤维,大众高尔夫门板也采用了类似材料制成的镶嵌件,这些材料中使用了天然纤维来替代木材纤维。天然纤维聚丙烯压缩技术的额外优点是能够通过一步压缩和覆盖工艺减少周期时间,此技术充分体现在大众高尔夫门板上。

 
 
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