近几年汽车内饰有哪些新的材料开始运用,或者未来汽车内饰材料的发展趋势将运用哪些新出现的材料?

近几年汽车内饰有哪些新的材料开始运用,或者未来汽车内饰材料的发展趋势将运用哪些新出现的材料?_58汽车

汽车内饰材料的创新与发展趋势正朝着环保、轻量化、高强度等方向迈进。目前,PP、PBT、ABS、POM等塑料材料在内饰的门板、仪表板、空调出风口等部位得到广泛应用。为满足轻量化需求,通过加入滑石粉或玻纤对PP/PBT等材料进行改性,如PP-GF30和PBT-GF30,发展出长玻纤PP复合材料、长玻纤增强聚丙烯PP-LGF系列材料等。这些材料不仅减轻了重量,还保持了高强度。轻量化PP材料内饰板相比传统内饰板可减轻重量8%~15%。采用化学微孔发泡技术的零件重量可减轻20%左右,生产效率更高,外观尺寸更稳定。天然纤维填充PP制作的零件可减重8%-10%,PHC纸质蜂窝材料制作的行李舱隔板可减重30%-35%,同时改善异味和VOC问题。塑料材料的密度远低于钢材,用塑料替代钢材可实现零件减重30-50%。长玻纤增强聚丙烯PP-LGF系列材料因其技术成熟度高、成本低、性能优越而得到广泛应用。汽车内外饰件的薄壁化发展也取得了显著成果,如保险杠厚度的不断减小,提高了设计自由度和集成度。数字模拟技术和复合材料技术的发展为零件薄壁化提供了有力支撑。纤维增强类材料可替代非纤维增强塑料,降低零件壁厚,实现轻量化。聚丙烯及其改性材料在车用非金属材料领域占比高达60%,对其进行轻量化研究是降低整车内外饰系统重量的关键。总之,汽车内饰材料的创新与发展趋势正朝着环保、轻量化、高强度的方向发展。通过材料改性、薄壁化设计、数字模拟技术等手段,实现了材料性能的提升和重量的减轻,为汽车轻量化做出了重要贡献。汽车内饰材料的创新与发展趋势正朝着环保、轻量化、高强度的方向发展。PP、PBT、ABS等塑料材料在内饰中得到广泛应用,通过改性实现轻量化。化学微孔发泡技术、天然纤维填充、PHC纸质蜂窝材料等创新技术的应用,进一步提高了轻量化效果。塑料材料的密度远低于钢材,替代钢材可实现显著减重。长玻纤增强聚丙烯PP-LGF系列材料因其技术成熟度高、成本低、性能优越而得到广泛应用。汽车内外饰件的薄壁化发展也取得了显著成果。数字模拟技术和复合材料技术的发展为零件薄壁化提供了有力支撑。纤维增强类材料可替代非纤维增强塑料,降低零件壁厚,实现轻量化。聚丙烯及其改性材料在车用非金属材料领域占比高达60%,对其进行轻量化研究是降低整车内外饰系统重量的关键。

结论先行:在整车的内外饰都在运用塑料材,近几年在内饰的门板、仪表板、空调出风口、A/B/C柱、拉手、装饰件等上运用较多的是PP、PBT、ABS、POM、PBT、甚至ASA+PMMA等材料,由于未来汽车发展的趋势是环保、轻量化、高强度等要求,逐渐通过加入滑石粉或者玻纤对PP/PBT等材料进行改性,比如PP-GF30和PBT-GF30,内饰慢慢发展出长玻纤PP复合材料、长玻纤增强聚丙烯PP-LGF系列材料SMC、低线性膨胀系数的PP矿粉改性材料等,甚至用这些材料去替代冲压的钣金材,比如尾门、座椅骨架、仪表盘骨架、发动机罩壳等零件及其模块。

当下在汽车内饰用的比较多的材料是:PP-GF30、PBT-GF30、ABS、甚至ASA+PMMA等材料,这也是在保证强度情况下,通过轻质材料实现在汽车内外饰零件上的减重应用。

当下主流设计中大量采用复合材料和轻质合金材料。由于采用轻质材料应用到汽车内外饰零件能够带来直接的轻量化效果。在内外饰材料中,由于PP的改性材料价格低廉和来源广泛的特点,它的使用量最大,轻量化PP材料内饰板比传统的内饰板能够减轻重量达到8%~15%。运用开模化学微孔发泡技术的零件比传统方式注塑件的重量减轻20%上下,因为零件内部存在大量稳定的微小气泡,且零件有效壁厚低,那么它的生产效率更高,外观尺寸更加的稳定。将门内饰板作为例子,实体注塑是厚度为1.5mm的零件,采用化学微孔开模发泡技术的泡后厚度约为2.8mm,同样重量的实体注塑有更高的强度,且达到较大程度的减重。

与传统矿物填充PP制作的零件进行对比,天然纤维填充PP制作的零件能够达到减重8%-10%的效果;用PHC纸质蜂窝制作的行李舱隔板与传统PP木粉板制作行李舱隔板重量能够减轻30%-35%,而且还能改善零件异味和VOC;PHC制作的发动机盖与传统金属冲压件进行相比,它的重量降低一半。

由于塑料材料种类非常多,它们的密度分布跨度大,在车辆上常见塑料的实体密度一般在1.0到-1.6g/cm^3间,但是钢材的密度大概在7.85g/cm^3左右,它们之间相比差距较大,塑料密度只有钢材密度的1/6左右。数据显示,在满足零件性能要求的情况下,用塑料替代钢材可达到零件的减重为30-50%。当下应用范围最广的是长玻纤增强聚丙烯PP-LGF系列材料,它的技术成熟度高,而且成本较低,关键是它具有良好的冲击强度、高刚性和强度、良好流动性、较强的抗蠕变性、较强的尺寸稳定性等优势,LFRT的概念是由欧洲国家最早在1980年代提出的,因为配套技术的相对落后及其他改性技术突出进步,LFRT技术并没有快速的发展。到1990年代,在汽车工业的快速发展之下,还有用户对节能和环保理念的增强,汽车轻量化逐渐成为新型汽车的发展新趋势。汽车工业的这个发展新趋势让厂商和研发人员的注意力聚焦在LFRT的研究,一些巨头公司先后开发出了系列的长玻璃纤维增强热塑性塑料材料,还有相应的制造设备和工艺技术,并且拥有自己的核心知识产权。

在内饰上不仅仅是通过材料来减轻重量和保证强度,其实在汽车零部件上,在汽车保险杠上加速内外饰件薄壁化的发展,这得追溯到1970-1990年代,汽车保险杠厚度达到了4毫米以上,1990-2004年的汽车保险杠厚度范围稍微降低,大约在3-4毫米,2004年到2013年,汽车保险杠的厚度范围才逐渐缩小到2-3毫米,2013年到现在,保险杠已经控制在2毫米左右甚至以下的的发展趋势。薄壁保险杠现在的市场上被大量运用,由于在保险杆上的成功应用,逐步推广到门板、仪表板、侧围、立柱等零件。

现在汽车内外饰件是通过材料刚性的提高,比如材料的弯曲模量、拉伸强度来确保产品性能基础上减小壁厚。比如汽车保险杠本体一般选用改性聚丙烯材料来制作,如果材料弯曲模量在1.3×10^3MPa的时候,保险杠的壁厚在3mm;如果材料弯曲模量提高至2×10^3MPa的时候,保险杠的厚度能够降低到2.5mm,达到15%以上的减重效果;如果弯曲模量达到2.5×10^3MPa,那么保险杠本体均厚可降到2.3mm左右。同样将其原理运用在侧围内饰板、后视镜外壳、门内饰板等零件上,然而一般需相应的CAE分析来避免零件后期出现的刚度、强度、韧性等不达标的风险。

伴随着数字模拟技术和复合材料技术的发展,它们为零件薄壁化提供强有力的支撑,伴随世界低碳经济的发展需求,薄壁化减重轻量化应用会一直具关键的发展地位和潜力。

再来回到市场上销售的汽车,绝大部分的行李箱、尾门是通过钣金冲压成型而成,它们的结构涵盖外板、内板、内饰板、加强板等,其零件数量非常多且结构复杂。伴随着内外饰轻量化技术的成熟,一些汽车已经采用全塑尾门的设计,比如东风日产的奇骏等车型,这类尾门一般采用长玻纤PP复合材料、长玻纤增强聚丙烯PP-LGF系列材料SMC、低线性膨胀系数的PP矿粉改性材料等内板,通过结构胶进零件黏结的方式把内板和外板粘到一起的方式来组装,让塑料尾门和金属尾门相比具有更高的设计自由度和集成度,而且零件数量减少了60%,零件重量同时也降低了30-40%。当下在汽车工业领域的应用还有车身门板模块、座椅骨架、仪表盘骨架、保险杠骨架、发动机罩壳、冷却风扇和框架、前端框架、蓄电池托架、挡泥板、脚踏板等零件及其模块。

由于纤维增强类材料强度高且刚度好,可代替非纤维增强塑料在一些零件上使用来降低零件的壁厚,最终达到零件的轻量化效果。比如采用普通后视镜外壳壁厚是2-3mm,一般使用ABS或ASA类材料,它的重量为0.2-0.3kg,如果用碳纤维材料制作的材料替代以后,可让零件的壁厚降到1mm,它的重量也只有0.1kg左右,减重达到50%以上;改性聚丙烯制作的仪表板骨架,一般壁厚为2.8-3.0mm,如果使用玻纤增强的改性聚丙烯PP-LGF20替代后,它的壁厚可按照2.0-2.2mm来设计,骨架减重达到30%左右。

当下关于汽车内外饰用聚丙烯复合材料进行轻量化的研究,在整车每个零部件系统中,聚丙烯和它的改性材料制作零件最多,大概占整个车用非金属材料领域的60%。那么对聚丙烯和它的改性材料进行轻量化研究是有效降低整车内外饰系统、智能化和电装系统重量的关键途径。通常用于结构优化设计的车用轻量化聚丙烯涵盖两种,其一是具有较高力学强度的改性聚丙烯,此类材料的特征是具有出色的拉伸性能和弯曲性能,一般是玻纤增强材料,能够用在较厚壁厚大型非外观塑料件的薄壁化、部分金属件的以塑带钢、替换密度较大的其他增强塑料材料等。其二是在薄壁零件上使用的改性聚丙烯材料,此类材料的特征是出色的模量和韧性,能够用在各类改性聚丙烯外观件,一般不含或含少量的纤维类材料。

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