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汽车轻量化大势所趋 国内SMC材料技术未来发展方向介绍

时间:2019-04-11   访问量:24


由于当前节能环保的需要,汽车工业的发展面临着能源、污染两大问题,节能减排成为汽车工业的重要课题。汽车整车质量降低1%,油耗可减少0.7%,汽车轻量化是促成节能减排的主要方法之一,而使用SMC替换车身的钢铝部件则是轻量化的主流方向之一。

SMC片材分为三类,可替代部分车身部件

SMC片材在汽车上的应用分为通用型、结构型、功能型三类,其中通用型主要利用片材强度高、质量轻的特性,适用于车身的普通钢材及铝合金替代;结构型在通用型的基础上进一步加强了自身强度,可用于车身结构件;功能型则强化自身耐高温、防腐蚀、韧性等特性,可用于发动机机壳等高温部件。

(1)通用型 SMC

 片材质轻强度高、易成型,用于替换部分车身钢材部件。该类片材质量轻、强度高、设计灵活、易成型,可用于替代车身的钢制装饰件和非承力结构,减轻汽车零部件的重量。目前在汽车的内装饰板、仪表盘、车灯、车门内把手、转向杆、引擎盖、顶盖、后备箱周边、地板等均有应用。

(2)结构型 SMC 

片材强度、刚度高,用于替换部分车身承力结构件。该类片材在组成材料中,树脂基体采用高性能乙烯基酯树脂和环氧树脂,使其具有汽车结构件所需的强度、刚度等力学性能,可用于车身框架,如汽车车身、底盘、保险杠、车门、车篷顶盖、阻流板、翼子板、座椅骨架等。

(3)功能型 SMC 

片材加强了耐高温、防腐蚀、韧性等特性,用于替换部分特殊需求的车用部件。该类片材性能主要由基体中的填料和玻璃纤维毡等决定,可替代耐高温、防腐蚀、高韧性等特殊要求的车用部件。如汽车发动机罩、齿轮箱壳体、齿轮箱罩、导风罩、水箱、风扇盖板、排水管接口、天然气气瓶等对耐高温性、耐湿热性、防腐蚀性有较高要求,保险杠除对强度有要求外,还对韧性有一定需求。

 国外轻量化比重可达1.2,国内功能型材料达先进水平

2000年以前工业上应用的SMC材料比重约在1.8左右,近年来SMC研究机构及供应商在组分构成是传统材料的条件下,将材料比重下降到了1.4,而后采用更换填料或玻璃纤维毡的方式,使比重进一步降至1.2,有些甚至达到1.0或更低,其中比重1.2的产品已经投入商业化应用。

(1)国外企业SMC材料轻量化研究领先,量产产品相对密度比重达1.2。美国大陆结构塑料公司(CSP)推出的TCA Ultra Lite型号材料采用玻化微珠来替代部分碳酸钙填料,从而使材料的密度更轻。其产品密度从早期的1.9比重提升至2014的1.6,2016年又提升至1.2,目前主要供给雪佛兰汽车装备,替代了黄貂鱼轿跑(Corvette)的21个车身面板组件,包括门、甲板盖、四分之一面板和挡泥板,它们都是由TCA Ultra Lite模压而成,共减轻了9kg的车身重量。它还降低了整车的生产成本,所有SMC替代材料的加工成本比冲压钢或铝的成本低50%~70%;AOC、Ashland Specialty chemical和 A.Schulman等企业也已公布了比重为 1. 2 或更轻的SMC产品,供应世界各大车企。

(2)国内企业SMC产品轻量化有待提升,功能性产品达世界先进水平。在轻量化方面,出产的主流SMC产品多为传统材料构成,比重在1.5左右,部分企业如同创复合材料有限公司产品比重已达到1.3,与国外相比还有较大提升空间;在材料改性方面,目前国内部分企业通过改性树脂来获取增强SMC材料,如华昌聚合物主要通过使用乙烯基酯树脂等改性树脂,替换传统的不饱和聚酯树脂,再搭配不同的比例的材料获取不同的SMC增强材料,其自主开发MFE系列树脂中,752型号采用高强乙烯基酯树脂,增加了基体承受玻璃纤维量的程度,使玻璃纤维的量可达树脂量的300~400%,具有很高的强度,是较好的结构型SMC; 756型号采用酚醛环氧树脂接枝酸酐改性,具有很高的耐热性、耐腐蚀性,该树脂技术处于国内外先进水平。

目前国内部分企业在SMC材料的增强性能上处于国际先进水平,但在材料的相对密度比重上与国外相比还有较大提升空间,通过与国外轻量化的先进技术对比,将填料中的CaCO3更换为更轻的玻化微珠,以及将玻璃纤维毡替换为较轻的碳纤维是SMC材料轻量化的发展方向。

结语

SMC质量轻、强度高、易加工成型,可分为通用型、结构型和功能型三类,可替代车身的部分钢铝部件,是汽车轻量化的主流方向之一。目前国外SMC产品的轻量化程度高,相对密度比重可达1.2,而国内在1.5左右;国内通过更换改性树脂的方式,提高了材料的强度、耐高温、耐腐蚀等增强性能,功能型材料达先进水平;通过对比国内外轻量化技术,在SMC组分中更换更轻的填料,以及用碳纤维替换玻璃纤维毡是未来SMC材料轻量化发展的方向。