第2届汽车轻量化技术展报告(2):树脂化相关

特定部位的树脂化及树脂成型技术

2012/02/27

概 要

 这篇报告主要介绍了2012年1月18~20日举办的“第2届汽车轻量化技术展”上展出的各种轻量化技术和树脂成型技术。
 丰田合成展出的电动汽车概念车大量应用树脂材料,探讨扩大树脂应用的可能性。日本威格斯则展出了应用于发动机、变速器和制动器等的超级工程塑料Victrex。
 展品还有特定部位采用树脂部件的汽车前端总成、底盘护板、燃油加注管和发泡暖通空调管道等。
 树脂成型技术通过模具滑动注射形成的中空体和曲管射出成形工艺(RFM)形成的弯曲管道得以呈现。此外,还介绍了通过金属表面处理接合金属与树脂的技术。
 东丽和尾池工业展出了金属光泽膜。
 另外,NTT数据工程系统介绍了制造复杂形状产品的快速成型法。KOIWAI展出了使用快速成型设备制造的前悬架等。

>>>>> 相关报告
2012年第2届汽车轻量化技术展报告 (1)轻量化材料相关 (2012年2月)
2011年汽车轻量化技术展报告 (1)轻量化材料相关(仅供英语)(2)树脂化相关(仅供英语)
2012年第3届电动车和混合动力车驱动系统技术展报告




丰田合成:树脂车身电动车上道测试中

 丰田合成展出了概念车“TG EV”,这款电动车改造自丰田Vitz,原车型挡泥板和发动机罩部分均改由树脂制造。现在,该款车正在中部国际机场接受上道测试。这次测试结果将告知各大整车厂商,以求推动汽车部件的树脂化。

丰田合成:大量采用树脂材料的试制电动车

厂商 产品/技术 概要
丰田合成 大量采用树脂材料的试制电动车  丰田合成展出了基于丰田Vitz开发的电动版“TG EV”。通过开发这台电动车,力求发掘出提高行驶性能的部件并供货。目前这款车正在中部国际机场进行上道测试(用作旅游巴士的前导车)。
 汽车内外饰多采用树脂材料,挡泥板和发动机罩分别减轻40%,薄壁保险杠减轻20%,车总重相较普通车身的B Segment电动车减轻30%(所需驱动力几乎减半)。
资料来源:第2届汽车轻量化技术展的展出内容、宣传资料等。下同。
(注) 1. 根据2012年2月报道,丰田合成将于3年后正式采用树脂制车身,但因为生产成本比钢板高3~4成,公司致力于提高生产效率以削减成本。
2. 试制电动车的目的在于更深入地了解电动车,明确零部件供应商应该开发什么样的产品。此外,因电动车散热较少,对树脂化部件干扰小,所以选择电动车做上道测试。

 

 



超级工程塑料“Victrex”

 英国威格斯是提供超级工程塑料Victrex的专业厂商。日本威格斯提供以Victrex PEEK为主的高功能树脂,可能取代金属,应用于发动机、变速器和制动器等。

超级工程塑料“Victrex”

日本威格斯 超级工程塑料
Victrex
 威格斯公司是英国超级工程塑料Victrex的供应商。主力产品Victrex PEEK比强度大于金属,无须防腐蚀处理,可连接多种部件,作为一种滑动材料,还可省略连接材料(金属)的表面处理,比金属材料更具优势。此外,无须加工即可注塑形成精密部件,也有利于削减成本。
 高温环境下,在目前为止所有产品中机械特性最强的“ST STG45”中又加入30%的玻璃纤维强化形成的“ST ST45GL30”和碳纤维增强复合HMF(20~40%碳纤维)也在开发中。
 展出的多数实例为汽车发动机、变速器和制动器的部件。比如变速器部件中,密封环、推力垫圈、轴承、轴承罩等均采用该材料代替金属。

 

 



树脂化、轻量化部件及其技术

前端总成和多色树脂制全景天窗

 三菱化学控股集团展出了马自达Atenza的前端总成,该总成几乎全由三菱化学控股集团下各公司产树脂制造而成。

 此外,还展出了新开发的多色树脂制全景天窗,现已被丰田普锐斯α采用。


マツダAtenzaのフロントエンドモジュール
马自达Atenza的前端总成
(几乎全由三菱化学控股集团提供的树脂制造而成)

 

前端总成和多色树脂制全景天窗

厂商 产品/技术 概要
日本聚丙烯
(三菱化学控股集团)
前端总成  注塑形成长玻璃纤维增强PP(商品名FUNCSTER,含40%的长玻璃纤维),用于生产散热器固定框(注)。采用该固定框制成前端总成后,应用于马自达Atenza。
 “FUNCSTER”由日本聚丙烯公司独立开发而成,是一种长玻璃纤维增强的热可塑性树脂。相比传统的短纤维增强树脂,玻璃纤维长0.5mm左右,FUNCSTER经研磨机加工成片状后,切成10mm左右长条状,成束存在。因此,该产品兼具高强度和高耐冲击性。此外,还有高流动性,能够注塑成形,使用该材料可减少产品使用件数。

(注)护罩(Shroud)指覆盖在散热器及散热器冷却风扇表面的防护罩,散热器固定框(Shroud Panel)是车身骨架的一部分。散热器固定框也叫做散热器核心支承。

三菱
工程塑料
多色成形聚碳酸酯树脂  该公司是三菱瓦斯化学与三菱化学的合资公司,开发的树脂材料已经应用于丰田普锐斯α的全景天窗(车顶本身由丰田自动织机制造)。比传统玻璃产品轻8kg(40%)。
 现有产品无色,公司新开发出的多色成型聚碳酸酯树脂有遮挡日射的功能,可用作汽车玻璃。此外,现有产品比玻璃产品昂贵,希望通过结构(托架等)一体化和周边部件(护罩等)模块化降低成本。

 

轻量化底盘护板

 星光工业和Quardrant Plastics Composites Japan(三菱化学控股集团)展出了轻量化底盘护板。该底盘护板调整了行驶时的气流,改善了空气动力学,并降低噪音。

轻量化底盘护板

厂商 产品/技术 概要
星光工业 底盘护板  星光工业联手德国劳士领公司,用以PP为基体的玻璃纤维板增强树脂(GMT:Glassmat-reinforced thermoplastics,商品名Seeberlite)开发出轻量化、吸收噪音性能强大的底盘护板。
 这次展出的宝马5系侧底盘护板(车底板左右两侧部分的护罩),采用Seeberlite的重1,230g,传统PP制造的重1,780g,实现550g的轻量化。3系侧底盘护板790g,实现350g的轻量化。此外,7系的发动机底盘护板重870g。
Quardrant Plastics Composites Japan 轻量化底盘护板  开发出SymaLITE制底盘护板,取代传统的PP制、GF(玻璃纤维增强)PP制、St(不锈钢)制底盘护板。比传统产品轻30%~40%。向丰田、宝马、奥迪、保时捷等整车厂商供货。
 SymaLITE是热可塑性树脂(PP)与长玻璃纤维构成的超轻量复合板材。因为组成塑料纤维的长玻璃纤维排列均匀,材料具备优秀的刚性。此外,因有连续气泡还附带吸音性能,可以节省吸音材料。

 

树脂制燃油加注管

 丰田合成和Kyoraku展出了树脂制燃油加注管。

 Kyoraku开发的低成本成型设备,由型坯・装出料机械手挤出型坯。


豊田合成が出展した、樹脂性フューエルフィラーパイプ
丰田合成:树脂制燃油加注管
(照片下方为传统产品)

 

树脂制燃油加注管

厂商 产品/技术 概要
丰田合成 树脂制燃油加注管 从加注口到燃油箱的一段燃油加注管向来由“铁和橡胶软管”制造,现全部采用树脂制造后,减轻约50%至1kg以下。已被日本和欧洲厂商采用。
 开发产品的多层结构提升了阻隔性(防透过性)和耐久性,波纹管结构又提升了强度和耐冲击性。其抗冲击强度等同于铁,柔软性又可媲美橡胶软管。
Kyoraku 树脂制燃油加注管  继燃油箱树脂化后,燃油加注管的树脂化也在进行中。Kyoraku独立开发出燃油加注管成型设备,售价便宜(成本为现有产品的1/3)。
 熔化后从成型设备上部流下来的管状有形塑料体(型坯)经型坯・装出料机械手引导,进入下部准备好的模具,等型坯完全覆盖住此模具上部后,朝内吹入空气,使型坯膨胀,贴合模具内面成型(称作三维吹塑成型)。
 相较普通吹塑成型法,新的三次元成型法中材料耗损率从425%大幅下降至37.5%。

(注)燃油加注管共有5层结构(内层聚合物/粘着剂/阻隔层/粘着剂/外层聚合物),阻隔性(防止燃料气化后漏出管道)和耐久性得到强化。

 

Kyoraku的发泡管道、EA材料、货架顶板

 Kyoraku展出了发泡暖通空调管道。最近,该产品除了轻量外,隔热效果也受到瞩目。

 此外,还展出了轻量化货架顶板。


キョーラクが出展した、発泡HVACダクト
Kyoraku:发泡暖通空调管道

 

发泡暖通空调管道和EA材料

厂商 产品/技术 概要
Kyoraku 发泡暖通空调管道  Kyoraku采用发泡吹塑成型技术,开发出超轻量(比普通吹塑成型管道轻30~50%)、高隔热的HVAC管道,因不再需要聚氨酯隔热,削减了成本。该产品已为丰田Alphard(车顶管道)、大发Move(仪表板内管道)和丰田Dyna/日野Dutro(仪表板内管道)等采用。大发新车型的仪表板内管道也计划采用。
 近年来,除了轻量化外,发泡起到的隔热效果也开始受到重视。发泡倍率高达4.0倍时,空调管道隔热性能也相应提高,空调效率更高。可根据客户要求设定发泡倍率和板层厚度。
保险杠
减震器
(EA材料)
 展出了保护行人的吹塑成型EA材料(Energy Absorption的简称,指吸收冲击能量)。600g的通用PP材料吹塑成型品具备和1250g钢制品相同的特性。用于铃木Escudo和Kizashi的保险杠减震器。可根据客户要求设定吸收冲击能量性能。
轻量化货架顶板
厂商 产品/技术 概要
Kyoraku FLP Lite S FLP是Fabric Laminated Plastic(表皮一体成型)的简称,在模具中先铺好织物,成型同时织物贴上产品。
FLP Lite S在上述基础上,经薄壁吹塑成型得到中空的内部,实现轻量化,再通过模具的特殊结构在二重壁内形成内部棱(强化中空体内部的结构)。是Kyoraku最轻的货架顶板。
FLP Lite FLP的生产流程同上。在模具内部两侧铺排树脂基材,再铺上型芯材料,形成表皮、树脂基材和型芯材料的一体化。

 

 



树脂成型技术及相关技术

模具滑动注射成型等树脂成型技术

 第一树脂工业和RP Tpla介绍了模具滑动注射成型技术。

 RP Tpla提案的RFM工艺(曲管射出成型工艺)已经为欧洲整车厂商所采用。


RP東プラ出展した、RFM工法によるクーラントパイプ
RP Tpla:RFM工艺制造的冷却液管(照片下方)

 

树脂成型技术

厂商 产品/技术 概要
第一树脂工业 模具滑动注射成型
(DSI)
 一种两步注射成型法,主要应用于中空制品的制造。原理是首先将中空体一分为二,分别注射形成半成品,然后将两部分半成品和模具滑动至对合位置,二次合模,再在两部分制品的结合缝处注入塑料熔体,最后得到完整的中空制品。采用该方法后所用部件减少,实现了轻量化,且成本比传统制品降低了30~60%。
 第一树脂工业生产的DSI成型手机、家电产品已经出货1,700多万件。今后将致力于开发汽车部件市场。
RP Tpla 模具滑动注射成型
(DSI)
 成型方式与上述相同。另有一种方式,将半成品从模具中取出,重新放入焊接模具后,得到一体化成型制品(Welding in Mold)。无论哪种方法,都具备对应大型制品、容易插入部件等优势。
RP Tpla 浮动成型
RFM
 一种利用浮动成型法形成曲管的技术。用气体压力把浮芯(金属或树脂制造)推入模腔然后将其排出,形成管道。RFM是“曲管射出成形RP TOPLA Floating Core Molding”的简称。曾生产过长2.5m、内径3~34mm的管子。
 RP Topla公司的这一技术曾用于生产欧洲宝马和大众的冷却液管道。在日本,用于雅马哈的大型自动摩托车的冷却液管(冷却水用管道)。比传统铁管轻约60%,节约10%左右的成本。
高中空成型
(H2M)
 介绍了“H2M”技术,一边扩充模具一边往制品内部注入气体,形成内部棱(制品上下的接合部分),同时形成高中空空间。

 

金属树脂一体化成型技术

 MEC和Technoassocie提案金属树脂一体化成型技术。可应用于残留部分金属的情况,也可用于在树脂成型体中配套装入天线和金属终端的情况。

 

金属树脂一体化成型技术

厂商 产品/技术 概要
MEC 树脂与金属的接合技术  MEC开发出树脂与金属接合固化技术AMALPHA。金属表面经过化学处理后,形成最适合与树脂接合的状态,无须使用粘着剂,即可实现金属与树脂的一体化。应用于部分金属残留的金属树脂一体成型时,效果最佳。
 具体来说,先将金属浸入化学腐蚀液中,处理后装入模具,再注入树脂成型。金属材料可用铜、铝、不锈钢、钢等,树脂可用苯酚等热硬化性树脂,以及PPS、PA等热可塑性树脂(在模具内预先装入的金属嵌件周围注入树脂,使金属与熔融的树脂接合固化,这种注射成型方式也叫嵌件成型)。
Technoassocie 金属树脂一体化成型技术  金属表面经过处理后,覆盖上化学膜,与树脂以嵌件成型的方式接合固化。金属可用铝合金、铜、不锈钢和钢等。树脂可用尼龙6、ABS、PBT(聚对苯二甲酸)等。可密封接合部位,起到防水作用。
 实例:代替机壳(容纳电器的箱子、盒子)、电子仪器盒子、散热片(散热器)、防水包等。有助于在树脂成型体中配套装入天线和金属终端等。

 

树脂硬涂层和金属光泽膜

 尾池工业展出了贴窗薄膜,具有节能和防划痕等功能。

 东丽和尾池工业还展出了金属光泽膜。该膜除了能够反射类似金属的光泽外,还具备透光性,在产品内部安装光源,可展现其固有色彩。


東レが出展した、金属光沢調フィルム"ピカサス"
东丽:金属光泽膜“PICASUS”
(用于大发Tanto Exe和Custom版的中控台)

 

贴窗薄膜和有机玻璃增硬涂层

厂商 产品/技术 概要
尾池工业 贴窗薄膜  贴在汽车和大楼窗上的膜,具备节能、防飞溅的功能。根据客户要求,还可添加高透光性、隔热性、硬涂层(提高防划痕性)、防静电等功能。分“带金属光泽膜”与“透明热反射膜”。大量应用于住宅楼等大厦中。
 汽车应用方面,贴在车窗及车顶上,阻挡令人不快的热度及紫外线,确保车内环境的舒适。
有机玻璃
增硬涂层
 为了大幅度提高防划痕性,尾池工业独立开发硬涂层技术,用于塑料玻璃。力争将PC(聚碳酸酯)制玻璃的耐磨损性提高至PC制玻璃的数倍以上。

 

金属光泽膜

厂商 产品/技术 概要
尾池工业 成型用蒸镀膜
“Eco Mold”
 尾池工业展出了被赋予金属光泽的蒸镀膜“Eco Mold”。生产过程:在真空状态下,使发生电离子化的高能粒子撞击作为靶材的金属,使金属成分作为粒子射出(这种技术叫“溅镀技术”)并附着于薄膜表面。希望取代金属电镀。
 有望应用于汽车内外饰上。除了反射性外,还具备可见光透过性,在下部安置光源后,能获得特有的色调,丰富设计。
东丽 金属光泽膜
PICASUS
 东丽开发出金属光泽膜“PICASUS”。这种工艺将高、低折射率聚合物重叠,干扰和反射可见光,在不使用金属的情况下再现金属特有的质感。
 具备反射性和可见光透过性,下部安置光源后,显示出与一般金属不同的色泽。
 已经应用于大发Tanto Exe和Custom版的中控台和头顶控制台(丰田纺织制造)。参与第2届轻量化技术展的电动车概念车“TEEWAVE"”AR1也采用了该产品(传统产品生产过程包括电镀树脂成型、涂装和金属蒸镀,过程漫长)。

 

 



根据三维数据直接制造产品的快速成型工艺

 NTT数据工程系统展出了快速成型设备(EOSINT和FORMIGA)及技术服务,利用三维数据,将塑料粉、金属粉等粉末材料直接制成产品。
 KOIWAI展出了利用上述设备生产砂芯的过程以及砂芯成品前悬架。这种中空、板厚2mm的产品难以用传统铸造工艺制造。


積層造形法による金属ストラクチャ構造サンプル
快速成型法生产的金属结构样品
(采用EOSINT M工艺后金属材料可直接成型)

 

使用三维数据自由成型的快速成型工艺

厂商 产品/技术 概要
NTT数据
工程系统
快速成型法  公司出售的设备EOSINT和FORMIGA主要应用于快速成型工艺中的一种:激光烧结工艺。将塑料粉、金属粉等粉末材料铺平后,在计算机控制下分层烧结,直接得到部件和生产工具。
 具体来说,将计算机内的三维数据模型进行分层切片(每层厚0.02~0.2mm)得到各层截面的轮廓数据。根据这些数据,烧结一层层的粉末材料,形成一系列具有一个微小厚度的片状实体,再通过熔融、粘结等方法使其逐层堆积成一体。
 根据不同用途,设有多种机型。EOSINT S(层厚0.2mm)用来制造砂芯。EOSINT M(0.02~0.08mm)采用金属材料制造产品和模具。EOSINT P(0.06mm~0.18mm)用来制造塑料成型件。FORMIGA P(0.1mm)则善于再现细部轮廓。
KOIWAI EOSINT S生产的
砂芯和成品
 KOIWAI是一家量产和试制铸造部件的公司。使用NTT数据工程系统的EOSINT S(铸造砂系统),量产或试制整车厂商和零部件供应商委托的产品。
 EOSINT S不使用木头模具或金属模具倒角,利用计算机内的三维数据模型直接制造砂芯。砂芯形状复杂,可组装成型芯包。这种方式组装的型芯包中使用砂型件数较传统方式少(传统方式中用10件的可能现只要1件),因此提高了组装精度,可用于小批量铸件生产。
 使用EOSINT S解决了许多传统铸造工艺中难以解决的问题。例如,熔融状态的液体经过薄壁模具时,会流向厚壁处,而不流向薄壁处。这次展出的前悬架部分中空、壁厚达到2mm,用传统工艺制造困难。

<全球汽车产业平台 MarkLines>