2018年Automotive World:异种材料的接合、高性能塑料的展示

满足多材料需求,应对EV和自动驾驶趋势的树脂成型加工技术

2018/03/08

概要

 2018年Automotive World (会期:2018年1月17日~19日,会场:东京Big Sight国际展示中心) 上迎来材料供应商、加工厂商、加工机械制造商、零部件供应商以及贸易公司等企业品类繁多的产品和技术,还能看到电动化和自动驾驶相关的内容。

 随着电动车的增加,作为动力源的充电电池由于质量较大,因此对轻量化的需求日益增加。此外, 随着电动化和自动驾驶技术的发展,消耗大量电力的零部件越来越多,因此在节能方面也产生了轻量化的需求。为了满足这些需求,低比重的塑料、以及轻金属的配套越来越多,近来,异种材料的接合所带来的多材料趋势作为一种轻量化对策,也进入了人们的视线。本届展会的分展—“汽车轻量化技术展”上,安排了异种材料接合和粘合专业展区,展出了兼具塑料加工性和金属强度的轻量化材料等产品。

 

 

 上篇报告介绍了CFRP零部件和树脂成型加工技术的展示情况,本报告仍将在安田聚合物调查研究所安田武夫所长的协助下,介绍异种材料的接合技术、以及应对电动化和自动驾驶趋势的塑料及各种用途的高性能塑料等展品。



相关报告:
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异种材料的接合:结构胶黏剂、树脂/金属接合技术等

 近来,由异种材料的接合实现的多材料化成为了被采纳的汽车轻量化对策之一。尤其是塑料与金属的接合方面,兼具塑料的轻量性、加工性等优点、以及金属的强度、热传导性等优点的材料受到关注。

 本届展会上,多家供应商展出了各类接合和粘合技术。以下将介绍其中几家前沿的接合技术。

结构胶黏剂

大赛璐赢创在展台的正面展出了异种材料接合的前端模块。产品优势如下:

  • 由金属和树脂构成的复合材料零部件上采用PA系胶黏剂,大幅提高了强度
  • 材料用量降低25%以上,实现轻量化
  • 可减少原先复合材料零部件容易产生的翘曲现象
  • 可弥补原先复合材料零部件因收缩率的不同而容易产生的粘合力下降的缺点
前端模块 (大赛璐赢创)
进行脱脂处理的金属 (铝等) 涂装特殊的胶黏剂,与其他树脂 (GF增强PA6、PA66、PPA、PP等) 进行二次成型制作而成。
*GF: Glass fiber 玻璃纤维、PA: Polyamide 聚酰胺、PPA: Polyphthalamide 聚邻苯二甲酰胺
交联共聚物尼龙 VESTAMELT (资料)
三菱Outlander PHEV的车身后部 (JFE钢铁)
介绍结构胶黏剂的涂布位置设计工艺“拓扑优化技术”。在设计空间内通过车身的点焊和弧焊、胶黏剂、铆接等优化接合位置,以提升薄钢板车身的刚度、减少胶黏剂的用量。
展板:拓扑优化技术

 

树脂与金属接合技术

山下电气介绍的树脂与金属接合技术采用大赛璐塑料的DLAMP,成型时采用其自主的加热及冷却系统。该技术通过在金属的表面进行激光照射,形成特殊形状,并放置在模具内,注塑成型为热塑性树脂 (嵌件成型),进行接合。这样一来,树脂会进入特殊形状的内部,形成被称为“Stitch anchor”的树脂部分,使金属与树脂能高强度接合。适用于不锈钢、铝等各种金属材料。此外,通过与线膨胀系数接近金属的长纤维强化树脂相结合,实现更强的接合强度、以及耐久性优异的接合。

采用大赛璐塑料DLAMP的接合技术  (山下电气)
树脂和金属的接合技术方面,介绍铝和各类树脂的接合样品。展示了拉伸剪切粘接强度以及抗拉强度,充分展现了其接合强度。

DLAMP的特征
  • 取决于不同的激光处理条件,可适用于各种金属
  • 实现部分处理 (单面处理、图案)
  • 低运作成本 (只花费电费)
  • 不会产生废液、废料等废弃物
AMALPHA接合  (MEC)
锂离子电池(LiB)的密封板与电极一体化的成型件。金属盖采用铝,电极采用铝/铜,树脂采用PPS。通过树脂与金属的直接接合,可降低罐型LiB的厚度、提高耐久性、减少零部件个数、降低成本。
*PPS: Polyphenylenesulfide 聚苯硫醚

AMALPHA  接合原理
  • 将树脂与金属直接接合的自主金属表面处理技术。
  • 将树脂与金属以微界面的等级接合,制作树脂、金属一体化成型件。
  • 适用于嵌件成型、传递成型、热冲压成型等广泛成型技术。
  • AMALPHA处理技术通过化学蚀刻处理,在金属表面形成微米级别的微细凹凸。在凹凸中注入树脂固定,利用“固着效果 (anchor effect)”实现牢固的接合。
资料: AMALPHA的处理工艺 / AMALPHA的性能

 

采用异种材料接合技术的汽车零部件

制动踏板 (F-Tech)
金属(铝)与冷热CFRTP(PA)通过冲压成型与注塑成型进行异种材料接合,制作而成的制动踏板。还未正式配套,不过在强度试验等方面已取得了良好的结果。
*CFRTP: Carbon fiber reinforced thermo plastics 碳纤维强化热塑性树脂、PA: Polyamide 聚酰胺
展板
轻量复合梁 (浅野)
将铝与CFRTP通过粘合法制作而成的复合材料梁。可实现轻量化、提高强度。
展板
通风管 (东洋纺)
PBT与耐热性TPC粘合后的成型件。两种材料的兼容性佳,以上是利用两者优异粘合性的接合案例。
*PBT: Polybutylene terephthalate 聚对苯二甲酸丁二酯、TPC: Thermoplastic copolyester 热塑性共聚酯

 

本田Accord的前副车架 (F-Tech)
铁与铝的复合结构,兼具高刚性与轻量化。采用异种材料的接合技术FSW (Friction-Stir Welding,摩擦搅拌接合)。铝制车架今后有望兼容EV非接触充电系统等利用磁场的功能。
展板
磁脉冲加工技术 (IHI)
介绍了利用磁脉冲进行成型、接合的技术。该技术使材料高速碰撞进行加工。通过原子等级的接合,实现较高的接合强度。
后车门面板的成型 (图片)
Magnetic Pulse Technology 成型 / 接合
展板
异种材料的粘合 (EJOT)
德国专业紧固技术厂商,介绍了通过摩擦焊接接合复合材料的技术。除了金属、CFRP以外,还能满足各种厚度的材料及新材料的组合。奥迪TT的后置物板 (行李厢盖板) 采用该接合技术。
EJOT TSSD接合 / EJOWELD接合技术


适用于EV的塑料成型件及材料

适用于锂离子电池的改性PPE (旭化成)
锂离子电池(LiB)的框架、母线、隔板采用改性PPE。
*PPE: Polyphenyleneether 聚苯醚
EV相关设备零部件的方案 (积水化学)
提出ECU、电池组、电机&逆变器、DC-DC转换器、电池模块的各种零部件可采用哪种产品的方案。

 

旭化成将低比重、无卤阻燃改性PPE进行混合,开发出可成型为具有阻燃、优异流动性以及复杂形状产品的等级。该材料的优势如下。

  • 使用无卤阻燃剂进行注塑成型,实现UL94 V0
  • 具有优异的薄壁性与流动性
  • 低比重、为产品的轻量化作出贡献

 

PTC加热器 (博格华纳)
壳体等绝缘材料中使用PBT等工程塑料系材料。
PTC (Positive Temperature Coefficient) 加热器是一种会自行判断周围温度,控制放热量的电热线加热器。原先作为寒冷地区的辅助加热器使用,近年来作为没有发动机这一热量来源的EV加热器应用。
EV客车连接器 (GLOBETECH)
黑色绝缘材料使用切削加工的POM。虽然在连接器领域很少使用POM,但因其耐电压等性能优异而采用。
*POM: Polyoxymethylene 聚甲醛 (polyacetal)
该公司展出了用于检查大电流的连接器、耐高温连接器等多个连接器和插座。
电机控制器 (三叶)
适用于小型电动车驱动的轮内小型扁平电机的控制器。工程塑料系材料(估计是PC)用于壳体。
*PC: Polycarbonate 聚碳酸酯


适用于HMI系统、传感等用途的塑料

电子后视镜 (日本精机)
可在后视镜模式与摄像头模式之间切换的电子后视镜,与传统方式相比,提高了可视性。应该是采用PC/ABS系材料。
*PC: Polycarbonate 聚碳酸酯、ABS: 丙烯氰 (Acrylonitrile)、Butadiene (Butadiene)、苯乙烯 (Styrene) 共聚物树脂

加热器控制开关 (Kawabe)
铜端口在PA66上嵌件成型的开关。
该公司从事高精度、高品质金属冲压件与工程塑料系塑料嵌件成型的全面生产工艺。
*PA: Polyamide 聚酰胺

硅树脂音响开关 (积水化学)
该产品利用了硅树脂的柔软性、电绝缘性等特点,用于仪表板周围零部件。

 

红外线穿透透明树脂(聚烯烃系)片材 (旭化成)
全球首个可同时穿透红外线与可见光线的特殊树脂透明盖罩。使不透明的聚烯烃透明化后,实现了穿透红外线(8~14μm)与可见光线的效果。
用于需要目视观察以及红外线热成像检测的配电盘保护罩。提出用于智能温控器、自动驾驶车的红外线传感器的保护罩片材用途方案。
电磁波隔离材料 (JXTG Energy)
在树脂系基材上形成导电胶黏层、镀层。在树脂件上涂布电磁波隔离层,显示了较高的EMC性能。应用于ECU、PCU、车载传感器设备等方面。主要优势如下。
・通过轻量化树脂成型件实现等同于金属的EMC性能
・利用自主开发的导电性胶黏剂,实现较高的粘合度
・提出符合特性要求的材料方案 (基材、电磁波隔离层)
*EMC (electromagnetic compatibility 电磁适应性)
镜头用高透明COP (日本ZEON)
自主开发的COP (环烯烃聚合物),是扩大了为汽车配套的摄像头镜头最佳材料。主要优势如下。
・低吸水性:吸水性<0.01%,具有优异的尺寸稳定性。
・高透光率:总透光率92%,透明性佳。
・低比重:比重为1,与其他透明性塑料相比,实现轻量化。


高性能塑料:小型轻量化、高强度、高弹性、耐热及放热、机械特性等

发泡发动机盖罩 (东洋纺)
从硬质材料(PA、PBT)到软质材料(TPC),通过结晶以及流变性控制,实现高品质的微细发泡。实现轻量化30~50%、稳定的高倍率发泡、均匀的发泡粒成型、低翘曲、隔热特性的挖掘等,还适用于Mucell成型、化学发泡。
东洋纺介绍硬质材料PA、PBT、软质材料TPC等多种成型材料和资材的同时,还展示了这些材料的二次加工 (装饰、接合等) 技术及众多应用案例。
*PA: Polyamide 聚酰胺、PBT: Polybutylene terephthalate 聚对苯二甲酸丁二醇酯、TPC: Thermoplastic copolyester 热塑性共聚酯
PC/PET合金外饰件 (Kaneka)
展现优异流动性的高流动PC/PET合金,适用于薄壁设计。利用其高耐热性、高刚性、低线性膨胀性的特点,为外饰件的轻量化作出贡献。通过树脂化和薄壁化,最多可轻量化56%。
*PC: Polycarbonate 聚碳酸酯、PET: Polyethylene terephthalate 聚对苯二甲酸乙二醇酯

 

燃油管 (宇部兴产)
介绍了将PA12、PA6、PA9T等各类PA、EVOH、ETFE、PP、粘合性树脂进行积层,形成的各类管件的多样化用途 (燃油管、冷却配管等)。积层管的材料构成根据使用环境和特性要求的不同而有所不同。
*PA: Polyamide 聚酰胺、EVOH: Ethylene-vinylalcohol copolymer 乙烯醇共聚物树脂、ETFE: Ethylene tetrafluoro ethylene 聚四氟乙烯共聚物、PP: Polypropylene 聚丙烯
采用PA12系材料的各类管件 (资料)
电动滑动门驱动单元 (三井金属爱科特)
ECU一体化小型轻量电动滑门驱动单元。除了机构件的高性能以外,通过先进的控制,还实现了便利性与安全性。采用机械特性与电气特性等特性较为平衡的PBT。
侧面车门闩、滑门零部件、行李厢门闩等展出的多个高性能结构件采用POM、PBT等工程塑料。
*PBT: Polybutylene terephthalate 聚对苯二甲酸丁二醇酯、POM: Polyoxymethylene 聚甲醛 (polyacetal)
高摩擦性能&高强度PF滑轮 (住友电木)
替代金属的酚醛树脂(PF)滑轮,实现轻量化的同时,还具有优异的耐磨损性。以碳纤维为主要材料,除了高强度、高弹性以外,还具有PF的不溶、不融特性,高速摩擦时具有优异的摩擦性能。主要优势如下。
・摩擦面不容易因摩擦产生的热量而产生凝结
・摩擦系数低,摩擦性能优异
*PF: Polyfluorene 聚芴

 

放热级别 LED灯插座 (尤尼吉可)
为了抑制LED灯的温度上升过高,使用放热性尼龙。该公司的放热级别产品将PA6、PA 66、PA 10T作为基础树脂使用,适用于广泛的温度范围。放热PA分为导热型与绝缘型,兼具较高的热传导率与成型加工性。
*PA: Polyamide 聚酰胺
透明聚酰胺偏光膜片 (大赛璐赢创)
透明微晶聚酰胺(PA)膜片,还具备偏光特性。通过在独特的脂肪族PA内加入微结晶,兼具结晶性树脂、非晶性树脂双方的性质。优势是高透明(透光率90%以上)、高耐化学性以及耐碰撞性、低比重(1.02)。
直接成型传感器模块 (住友电木)
可靠性与原有产品同等或更高,使用实现小型轻量化、和可减少零部件个数的材料。可采用多样的成型工艺,适用于各种结构基材。优势如下。
・可包括连接器的形状在内进行一体成型
・还适用低温硬化技术


多彩的车用塑料材料及成型件:内饰材料、装饰等

3D突起图案装饰片材 (龙田化学)
可保持质感不变的同时进行成型加工的ABS树脂系车辆内饰片材。适用各种成型加工工艺,成型后不需要涂装。由隔膜、粘合剂层、片材层、装饰层、外涂层构成,兼具较好的设计性与成型性。通过覆层成型,用于内饰面板等领域。
钢琴黑无涂装无焊缝成型件  (山下电气)
钢琴黑色调的ABS+PMMA成型件。钢琴黑色调的树脂部件原先通过涂装制作,因此属于成本较高的零部件。通过冷热成型,可制作无焊缝、无流痕的高光泽外观成型件,不再需要原先的美化涂装,削减了零部件成本。
*ABS: 丙烯腈 (Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯 (Styrene) 共聚物树脂、PMMA: Polymethyl methacrylate 聚甲基丙烯酸甲酯
新聚硅氧烷骨架树脂 (Kaneka)
基于新聚硅氧烷骨架的热硬化树脂。作为涂装和涂层材料的基础聚合物使用,具有卓越的长期耐久性、表面硬度、光泽性。可选择加热硬化、UV硬化,有望赋予其优异的涂层性能 (耐擦伤性、耐磨损性、耐化学性等)。预计可用于内饰材料的涂层等领域。

 

NANOCON METALLIC的成型件 (尤尼吉可)
尤尼吉可开发的纳米复合材料尼龙 (NANOCON) 上施以高亮度金属着色的成型件。已应用至各类内饰件。优势如下。
・无涂装:NANOCON本身的颜色 
・同时加强硬度与外观:适用于高强度零部件 
・纳米粒子的耐化学性
树脂电镀 (奥野制药)
新一代电镀工艺,不需要使用危害环境的物质—铬酸以及昂贵的。此外,还介绍了树脂电镀用装饰电镀工艺等优异的电镀技术。还展示了CFRP的电镀产品。

 

2018年Automotive World上,除了上述介绍的产品以外,以下塑料相关的展示也非常多见。

  • Somar:各类环氧系绝缘树脂、粘合剂、高性能膜片等
  • DNP:汽车曲面树脂玻璃、装饰膜片等
  • Denka:各类放热材料、放热片材、汽车领域的应用案例等
  • 日立化成:壳体成型用高耐热密封材料等
  • 富士高分子工业:各类放热材料、热传导性绝缘粘合片材等
  • 三菱制纸:纤维素纤维复合材料
  • 寺冈制作所:车载高耐热绝缘胶带、各类粘合胶带与汽车领域的适用案例等
  • 京滨:用于电动车的动力控制单元、空调单元等的树脂材料等
  • 古屋工业:DSI成型件等各类独特的成型技术
  • Mino集团等:3D装饰产品
  • 中国、韩国企业:塑料系各类汽车零部件的展示
放热解决方案 (Denka)
介绍了用于汽车的放热材料、放热片材
展板 1 / 2
动力控制单元 (京滨)
预计使用的是耐热性良好的PPS。
*PPS: Polyphenylenesulfide 聚苯硫醚
涡轮增压器T型入口接头 (SEJI)
获得SPE (Society of Plastics Engineers) 创新奖的韩国供应商的树脂成型件。
配套车型:现代 Genesis G70、起亚 Stinger
展板

 

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关键词
轻量化、多材料、异种材料、树脂、塑料、接合、粘合、成型加工

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