第4届汽车轻量化技术展报告 (2)

通过碳素纤维强化树脂等树脂材料的应用,实现轻量化

2014/02/28

概 要

オートモーティブ ワールド 2014
会场拥挤的样子

  2014年1月15日-17日第4届汽车轻量化技术展作为Automotive World 2014的一部分,在东京国际展览中心(东京Big Sight)举行。

  上一篇报告对使用金属零部件的轻量化技术进行了介绍,本篇将介绍通过树脂化实现的轻量化。

  首先介绍东丽、三菱丽阳展出的碳素纤维强化树脂技术。之后介绍住友电木、三菱化学控股、星光工业、宇部兴产集团、东洋纺等厂家面向汽车行业提出的使用树脂材料的轻量化技术提案。

相关报告:

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第5届EV/HEV驱动系统技术展的采访报告(2014年1月)

2013年的展出报告
第3届汽车轻量化技术展报告
(1):积层造形法及轻量金属(2):通过树脂化实现轻量化
 



碳素纤维强化树脂:东丽和三菱丽阳的展出

东丽

Concept EV TEEWAVE AR1   东丽展出Concept EV TEEWAVE AR1。车身构造中大量使用碳纤维复合材料(CFRP)。通过使用热硬化性CFRP制的一体成型单体构造和CFRP制的缓冲体,兼顾了轻量化、高车身强度和碰撞安全性。另外,发动机舱口和车顶中使用了10%可高循环成型的热可塑性CFRP。
高拉伸强度的碳纤维强化PPS注塑成型材料   公司开发出碳纤维强化聚苯硫醚(PPS)树脂。该树脂拥有与铝压铸品同等的拉伸强度,可注塑成型。与铝压铸品相比减轻45%,具有PPS的耐热性、耐腐蚀性等特性。

  由于传统的碳纤维强化PPS拉伸强度较小,作为金属替代材料使用时受到限制。此次,通过将长碳纤维平均分散至成型品中,加强了碳纤维与PPS树脂之间界面的连接性,从而提高了拉伸强度。

コンセプトEV TEEWAVE AR1 AR1が搭載するCFRP製モノコックボディー。
Concept EV TEEWAVE AR1 AR1搭载的CFRP制单体车身
フロントサイドフレーム フロントサイドフレーム
用于Mercedes-Benz SL 63(2012年发售)的CFRP制行李厢盖。 开发的CFRP制轮毂。正处于组装试验阶段。

 

三菱丽阳

CFRP制行李厢盖   2013年底发售。用于日产GT-R NISMO的行李厢盖。行李厢盖上装有扰流板,承受较强下压力,因此需要较高的强度,于是使用热硬化性CFRP材料。三菱丽阳和Challenge公司的展出品。
  与铝制行李厢盖相比,重量减轻40%。使用叫做PCM(Prepreg Compression Molding)法的成型方法(使用冲压机),将成型周期缩短至8分。计划将来进行汽车构造材料(地板等)用途的推广,将成型周期缩短至5分。
CFRP与铝合金的复合构造轮毂   三菱丽阳与生产、销售铝制轮毂的远轻铝业共同展出将CFRP辅材用于锻造铝制轮毂的试制轮毂。利用粘着剂将CFRP材料粘到为了轻量化而变薄的铝制轮毂上,确保强度符合汽车轮毂的安全基准。以同时取得轻量化和市场能够接受的价格。
三菱丽阳とチャレンジ社のCFRP製トランクリッド 三菱丽阳とエンケイ社のCFRPとアルミ合金の複合構造ホイール
三菱丽阳Challenge公司展出的CFRP制行李厢盖 三菱丽阳和远轻铝业展出的CFRP与铝合金的复合构造轮毂

 



住友电木:酚醛树脂的使用

用于滑动零部件的酚醛树脂成型材料   酚醛树脂(也叫胶木)为热硬化性树脂,具有优越的耐热性、耐溶剂性。由于具有高温下强度稳定的特性,可用于易摩擦升温的滑动零部件等用途。还用于汽车滑动轴承、蒸发器泄露检查模块等。
  利用碳纤维强化的酚醛树脂具有强度高、耐滑动性强的优点,但价格也较高。而加入石墨的酚醛树脂本身润滑性好,耐滑动性极佳。另外,尽管可进行注塑成型加工,但材质较脆。
热硬化树脂和金属的复合化   通过对金属进行特殊的表面处理,无需使用粘着剂即可连接金属和树脂的技术(与MEC共同开发)。可用于制作兼具金属的优点(高强度、电磁波屏蔽性等)和树脂的优点(轻量、绝缘性、耐热性等)的零部件。用于实现需屏蔽电磁波的壳体的轻量化。
  树脂主要为酚醛树脂,金属为铝或不锈钢。推广使用还需要解决由于材料线性膨胀系数不同而产生的翘曲、以及需缩短成型周期的课题。
酚醛树脂制垫板   此外,公司还展出正在开发中的用于盘式刹车垫的酚醛树脂制垫板。可与摩擦材料同时成型,以削减工作量。高热下也可确保较高强度。据悉将在2010年代商品化。
カーボン繊維強化フェノール樹脂製ビスカスカップリングオイルワイパー ステンレスとフェノール樹脂成形材料複合品サンプル
碳纤维强化酚醛树脂制粘性联轴器刮油器 不锈钢与酚醛树脂成型材料复合品样品
フェノール樹脂と金属複合体曲げ試験 フェノール樹脂製バッキングプレート

通过进行表面处理,提高界面部分(连接部分)的材料填充性,拥有优越的界面附着性,在弯曲试验中可一体折断(图片右)。

酚醛树脂制垫板
フェノール樹脂製自動車用エンジン「ポリモーター」
酚醛树脂制汽车发动机“Poly motor”:美国Composite Castings于1980年代后期开发而成,用于赛车的发动机。壳体使用玻璃纤维强化酚醛树脂复合材料。

 



三菱化学控股的树脂技术

SymaLITE制底盖   SymaLITE使用热可塑性树脂(聚丙烯: PP)和长纤维玻璃纤维,可进行冲压成型。与PP相比重量减轻30%左右,具有较高的强度和吸音性。作为底盖,除用于Chevrolet Captiva外,还为奥迪、宝马、丰田配套。目前在德国和加拿大生产,预计2014年下半年开始在日本(四日市)生产。Quadrant Plastic Composite Japan公司的展出品。
GMT制行李厢   GMT(Glass Mat reinforced Thermoplastics)为利用长玻璃纤维毡进行强化的热可塑性塑料,为板状的复合材料。使用GMT制造的行李厢与传统的铁制品相比,重量减轻约20%,具有优越的耐腐蚀性和碰撞能量吸收性,设计的自由度也得到提高。此外,通过树脂化可将若干零部件一体成型,削减生产工序。Quadrant Plastic Composite Japan公司的展出品。
聚碳酸酯制树脂玻璃   利用多色成型机加工的聚碳酸酯制树脂玻璃。较无机玻璃制品重量降低30-40%,隔热性优化至3-5倍。作为树脂材料被丰田自动织机生产的丰田Prius α树脂制全景车顶采用。将来有望与装饰膜和发泡组合使用。三菱工程塑料公司的展出品。
无涂装内外饰材料   软质聚丙烯(商品名 WELNEX)作为无需涂装的内外饰材料展出。WELNEX具有优越的模内转印性,因此可通过降低麻面光泽、以及Well dress(模具内不留下树脂流动的痕迹),达到无需涂装的程度。日本聚丙烯公司的展出品。
SymaLITE製アンダーカバー GMT製ラゲッジボックス
SymaLITE制底盖 GMT制行李厢
ポリカーボネート製の樹脂グレージング 無塗装内外装材料
聚碳酸酯制树脂玻璃 图片外侧为使用无涂装材料WELNEX制作,使用玻璃纤维强化的试制保险杠。内侧为使用传统材料制作的产品。外侧的更有光泽。

 



星光工业:介绍德国合作公司Roechling的轻量化、省燃耗技术等

GMT制底盖   星光工业展出使用合作公司德国Roechling开发的GMT(商品名 Seeberlite)制作的底盖。与聚丙烯制品相比最大可实现50%的轻量化,且具有高硬度、吸音性等优点。贴上经压花处理的铝板后,可具备隔热性能,能够覆盖全部地板。被宝马的7 Series、5 Series、Volvo S60、Ford Focus(欧洲车型)等采用。
塑料消声器   展出实现轻量、吸音、低燃耗的塑料消声器原型。消声器的壳体树脂化后,重量可减轻30%。并且可进行使吸音性和空力特性都突出的设计。2012年起使用实车进行试验。据悉,距离量产还需2年左右。
聚丙烯制进气歧管   展出聚丙烯制进气歧管。与使用聚酰胺6的传统产品相比,重量减轻30%,吸音性更加优秀,更可降低成本。搭载于大众的小型车up!。
Jectbonding    可将带托架的增压器进气管一次性成型的技术。该技术几乎可同时在同一模具内进行管部的吹塑成型、托架的注塑成型、以及两者之间的熔接。托架和管部的连接性更加结实。与铝管相比,可实现30%的轻量化和25%成本优化。被大众 Tiguan采用。
Sealbonding   开发出在注塑成型模具中对树脂制进气歧管进行零部件连接的技术。连接部位灌入树脂连接。连接强度与传统的技术相比提高4倍。
GMT製アンダーカバー 開発中のプラスチックマフラー
GMT制底盖 开发中的塑料消声器
ポリプロピレン製インマニ(VWの小型車up!) ブラケット付きダクト成形技術 Jectbonding
聚丙烯制进气歧管(大众的小型车up!) 带托架的管成型技术 Jectbonding
射出成形金型の中で部品を接着する技術 Sealbonding」
在射出成形模具中连接零部件的技术 Sealbonding

 



宇部兴产集团:介绍模具旋转式多功能复合成型系统

  宇部兴产集团的宇部兴产机械展出使用模具旋转式多功能复合成型系统成型的产品。该系统使用内外形状不同的模具。

模具旋转式多功能复合成型系统Cav-Change

不同材质 同时成型例   使用不同树脂成型的门板。可在薄化、双色成型、装饰表面处理、触感等方面进行改善。
玻璃零部件的树脂化   将玻璃零部件树脂化的产品将边缘的着色部位和透明树脂复合成型。为了加强抗划伤性,需进行硬质涂层处理。玻璃的比重约为2.4,树脂(PC)的比重约为1.2,因此理论上可实现50%的轻量化。但存在涂层处理所需成本较高的课题,因此考虑在模具内同时处理。
異なる樹脂を使ってドアパネルを成形 ドアパネル裏側
使用不同树脂的门板成型 门板内侧
ガラスパーツの樹脂化
玻璃零部件的树脂化

 

树脂和铝的一体成型

  展出将高导热性树脂(PA6)和铝一体成型的散热片概念。该概念追求轻量化和通过一体成型减少工作量。为了迎合轻量化且高效散热的用户需求,在3-5年前开发出高导热性树脂,但尚未有销售实绩。
樹脂アルミハイブリッドヒートシンクコンセプト 树脂铝混合散热片概念

 



东洋纺的树脂材料产品

玻璃纤维强化尼龙树脂Guramaido JF-30G   Guramaido JF-30G为玻璃纤维强化树脂,拥有可比拟金属的机械强度。流动性能好,可通过薄化实现轻量化,玻璃感不强,因此外观较好,还可用于可视零部件。
新一代延展材料Pyro pet   推出大灯的延展零部件的新一代材料。由于具有较高的流动性,可进行1.5mm厚度的复杂成型。此外其平滑的表面还可直接蒸镀。焊接时气体挥发量较少,因此模具维护负担较轻,量产性较高。材料可使用非强化系PBT或强化系PBT/PET合金。
聚酯弹性体 Pelprene   热可塑性聚酯弹性体 Pelprene追求2个突破。一个是超耐热性,可用于最高175℃的环境下。还有一个是发泡单体80-120μm的小直径。
ドアミラースティ ヘッドランプモジュール

使用玻璃纤维强化尼龙树脂Guramaido的门镜框

东洋纺展出的大灯模块
ポリエステルエラストマーを使用した諸部品
使用聚酯弹性体的各零部件

 



VICTREX、伊藤忠Systech、第一树脂的展出

VICTREX

  VICTREX JAPAN推出工程塑料VICTREX PEEK的汽车零部件用途。该工程塑料具有优良的耐热性、抗腐蚀性、耐水解性、耐磨损性。已用于Chevrolet Volt变速器的轴承保持器等。如果加工形状复杂的金属零部件需要工序繁多的机械加工,但如使用该注塑成型材料,尽管材料费用较高,但仅一个工序即可完成,可提高生产效率,降低总成本。今后还将推广用于变速器齿轮。
VICTREX PEEKを使った、PHEV用トランスミッションのベアリング保持器と、ターボシャージャーインペラ 使用VICTREX PEEK的PHEV变速器轴承保持器、涡轮增压器叶轮

伊藤忠Systech

3D吸吹塑成型机   伊藤忠Systech展出使用合作伙伴意大利S.T. SoffiaggioTecnica的3D吸吹塑成型机成型的中冷器管等。为奥迪车等配套。
  吸吹塑成型法首先利用负压将型胚(压出的管状树脂)吸入(suction)密闭的模具。型胚到达模具末端时,固定型胚两侧,从内部利用气压压至模具成型。该方法可进行复杂的3D成型,成型品毛刺较少。
3Dサンクションブロー成形機で成形した、インタークーラーのダクトなど 利用3D吸吹塑成型机成型的中冷器管等

第一树脂

  第一树脂推出后车窗玻璃的树脂化。经热冲压成型后,进行弯曲加工、切断后成品。防雾处理采用表面处理方式替代原先的电热线分布方式。利用LDS(Laser Direct Structuring) 加工也可加入热线,但成本较高。公司认为可用于无需电热线防雾的轻卡、建筑机械。
リアガラスの樹脂化 后车窗玻璃的树脂化

 

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