塑料在汽车制造中用途广泛，并将取代金属成为电池箱体的新型材料，从而使电动汽车生产成本的降低成为可能。
文/李占彬
对于今天的汽车工业来说，若追求创新和低成本生产，就不可能离开工程塑料。无论是在汽车内外饰件，传动系统和底盘，汽车底盘护板，还是在燃料和电子/电力方面，工程聚合物在达到上述目标的高性能要求方面起着重要的作用。
汽车的应用关键是需要耐高温、耐化学品、电绝缘性、尺寸稳定、精度高、模块化、还有降低成本和重量。
工程塑料助推电动汽车创新
工程塑料新应用的不断涌现是汽车制造商、系统供应商和原材料供应商共同努力的结果。
塞拉尼斯旗下的高性能工程塑料业务——泰科纳和瑞士Rinspeed 汽车制造商于2011年共同推出了具有开创意义的Bamboo新概念电动汽车。
“Bamboo”概念车不但能运用电力来节省能源，保护环境。它的成功为汽车设计、趣味性和重量设定了一个新的标准。“Bamboo”外观颇具美感，代表了一种对生活的阳光态度，并且它绝妙的材料解决方案和技术策略为汽车的设计开创了一种史无前例的思维方式。Rinspeed已有超过30年的概念车发明和制造历史，这些概念车成为了未来汽车业发展的风向标。泰科纳以提供创新材料来积极支持概念车的事业发展。一方面，创新材料能有效解决减重问题，另一方面，这些材料也对概念车的设计获得最大自由的发挥。车身底部、轮毂部件、尾门、仪表板盖和横向稳定杆都由Celstran® tapes制成。Hostaform® tapes 用于汽车内部遮盖和门槛护板。立柱护板和方向盘装饰嵌条都由Hostaform® MetalXTM材料制成。
Bamboo新概念电动汽车
灵活适用的Tapes具有很高的稳定性
目前，汽车制造业，尤其是电动汽车制造业的创新，与工程塑料的发展息息相关。原因显而易见：设计自由和成本降低能最大程度地实现个性化。
“Bamboo”概念车中有Celstran®材料做成的单向Tapes，其特点是质轻、高硬度和高耐久性，能回收再利用。Celstran® CFR-TP PP GF70用于“Bamboo”的车身底盘和轮毂部件。泰科纳交给瑞典Oxeon公司生产这种材料做成的20毫米宽的Tapes。车身底部用两层条带压缩成1毫米的壁厚，而轮毂则压缩了三层Tapes来产生更大的硬度。这些部件由瑞士Kringlan Composites公司生产。仪表板是使用Celstran® GFR-TP POM GF60材料，Tapes同样是由Oxeon 公司生产，Tapes使得车内非常光滑整洁。
对于车的尾门和横向稳定杆，泰科纳也使用了CFR-TP PPS CF60材料。这种Tapes由荷兰AFPT公司做实心的交叉缠绕以确保其高硬度的特殊需求。对于横向稳定杆来说，这种交叉缠绕的处理使它有可能构建一个结构组件：在汽车结构中，这种碳纤维半成品可以直接集成用来连接驾驶舱和车辆下部结构。这种材料具备相当的稳定性，其他比它重很多的金属才能达到同样效果，如果用铝或钢替代，车重会分别增加20%和50%。
采用高性能塑料材料的Bamboo概念车
生活化的设计：用Hostaform® MetaLX™代替金属
概念车的各个部位，包括车内的窗帘都是由Hostaform® POM材料制成，纽约著名艺术家James Rizzi对其进行上色，因此，这辆车表现了南部地区那种明亮和自由自在的生活方式。用“Bamboo”这一主题贯穿了设计、生活方式和休闲时光的整个构思，对这些要素的诠释不单是设计的问题，还有选材的问题。为此，这辆新的概念车再次使用了泰科纳的材料，“Bamboo”的立柱护板使用了泰科纳的新产品Hostaform® MetaLX™ (XT)。与其他减轻冲击强度的POM材料相比，这种材料在抗冲击强度和接合线的完整性方面设立了新的标准，因其轻便、易加工和金属表观等优点，可作为金属的理想替代品，从而这种材料在汽车制造业中变得越来越重要。同样，Hostaform® MetaLX™也闪耀在“Bamboo”三幅方向盘的金属嵌件中。这种材料自身具有金属光泽无需喷涂，从而有效地降低了成本。因此，Hostaform® MetaLX™成为汽车内饰的主要材料。
金属电池箱体将被取代
一直以来，易于成型的金属箱体是电动车电池箱体的主流，这种局面有望被热塑性塑料和热固性塑料打破。据了解，采用热塑性塑料和热固性塑料的电池箱体正在开发中，而热塑性塑料材质的电池模块框架已经正式投入生产。
在去年于德国法兰克福举行的法兰克福国际汽车展（IAA 2011）上，塑料加工商Rehau AG + Co.公司现场展示了其新开发的Ultralitec汽车电池箱体生产工艺。
Rehau AG + Co.公司是参与开发轻型电力驱动概念车Street-Scooter短途车（SDV）的80家合作企业之一。为了实现减少重量和避免腐蚀之目的，Street-Scooter电动汽车采用了热塑性箱体。由于塑料导热性较低，因此不必使用在金属箱体中需要用到的泡沫保温板。集成在电池箱体中的连接器能起到热障层的作用，避免受到充电时电池过热和冬季气温过低的影响。
Street-Scooter电动汽车项目的相关负责人表示，塑料能够打造出最理想的电池箱体结构，在发生碰撞时，塑料电池箱体能够收纳住250公斤的电池，还有助于提升整辆车的刚度。
据了解，Ultralitec工艺将纤维增强热塑性塑料用到了一个多达27层的结构件中。该工艺通过3D模拟依照最大载荷来优化对拉伸纤维的铺放，在最需要承重的地方给予最大的坚硬度。组合而成的纤维层采用加热和压缩成型方式，而其他零部件则通过注塑方式添加到其中。由此制成的电池箱体在体积上比金属箱体小50％，重量则要轻30％。
另悉，弗劳恩霍夫协会化工技术研究所（ICT）和弗劳恩霍夫协会的其他机械与材料研究所已为聚氨酯车身的Artega GT跑车的电动版原型车开发出了一种热固性塑料电池箱体。这种箱体可承载重达340公斤的电池，自重35公斤，比金属箱体的重量约轻35％。
据介绍，这种热固性电池箱体能够承受十倍重力加速度的撞击，且能避免电池受到速度高达每小时60公里的尖锐物体的碰撞。此外还采用了半透膜来平衡压力。
其生产周期时间也已经过优化，使之更适合通常比航空复合材料行业产量更高的车用复合材料行业。Reif说，这主要是通过“一种有多个步骤同步运作的过程链”所实现的。在生产阶段中对塑料进行同步加热。在单射工艺中同时完成对定向型玻璃纤维结构或定制金属嵌件的组装和压制，以确保达到理想的负载和拉伸强度，或是将其与Artega的后尾箱连在一起。
Mann+Hummel公司在9月举行的IAA 2011展上宣布说，该公司已经签下了有史以来最大的一宗合约，订单价值“数千万美元”，为通用汽车公司日产160000个锂离子电池模块框架。这些电池模块框架将被用在雪佛兰Volt和欧宝Ampera增程型混合动力电动车上，该项目在2010年10月启动，将在2014年开始全面交付。
这种塑料电池部件被定位为一种“可直接上市的解决方案”，材质选用巴斯夫的Ultramid 1503-2F级别PA66，该材料增加了33％的玻璃纤维增强和水解稳定。这些部件将在M+H建在美国密歇根州Portage的工厂生产。在投入全面生产之前，在2012年将先由通用汽车位于美国密歇根州Brownstown的工厂每天供应40000个零部件。
电池模块框架能对电池单元起到支撑和调整的作用，并带有过热保护传感器，配备了电气绝缘装置和模内冷却液槽。
其所用的电池中共有288个零部件，其中160个零部件由M+H生产。其中包括18个端框架和135个栈框架，外加一个流体分配器，所有这些零部件统一采用PA66材质。考虑到每年要生产8百万至9百万个精密模塑件，因此M+H认为加快生产周期时间至关重要，为此该公司为这类零部件专门开发出了一种新的生产工艺。这一电池应用方案在2011年11月的美国塑料工程师协会（SPE）汽车创新大奖中赢得传动系类别的大奖。■