在汽车讲求轻量化的时候,塑料在这领域找到它的用武之地。无论是车身、内饰件以及外饰件等地方,都可以找到不同种类的塑料应用。作为全球最大的汽车制造商之一,宝马(BMW)也因应潮流所趋,使用了大量的塑料。
宝马汽车在德国慕尼黑设有2家工厂,分别位于Landshut及Dingolfing,两厂共有员工超过26,000名,负责零部件制作、车款开发及组装工序,用于各款宝马汽车、摩托车以至一级方程式赛车。Landshut工厂生产合金、塑料外饰件及内饰件,以及汽车传动轴和备用发动机;Dingolfing则以组装为主,特色之处是其组装线灵活性高,一条组装线可装配4款不同型号的宝马汽车。
公司运作性能及材料开发总监Rudolf Stauber博士指出,现时轿车对减重的要求越来越高,所以有必要多采用塑料或轻金属来取替以往的铁制部件。以宝马7系为例,其总重量为1935千克,塑料部份占了14.5%。虽然这个数字可能还不太高,但Stauber博士预测,2005年聚合物及弹性体在汽车的使用将超过20%。
除了减轻汽车的重量外,Stauber博士还指出了几项未来汽车的发展重点:改善材料与环境的兼容性、提高司机及乘客的安全、提升实用价值,以及使用更多纳米技术。
宝马汽车现有使用的塑料大致包括热塑性塑料、热固性塑料、弹性体及热塑性弹性体等。如,与厚钢板制成的同类部件相比,革新性热塑性塑料车身侧板重量更轻,两块前侧板可降低每车重量大约4公斤。这一设计理念可进一步增强宝马6系车型的行驶动力性能。另一重要的优点是,采用塑料部件,宝马设计师可继续确保宝马6系Coupe和敞篷车型侧板从头至尾的优美线条。如果采用传统钢结构,不可能以同样方式将侧面装饰件整合于侧板内。而且,热塑性塑料作为一种可逆向成型的材料,与钢质材料相比,在一些碰撞中如停车时可能造成的轻微碰撞不会造成严重影响。
碳纤维增强塑料应用
宝马塑料应用的一个重点发展项目是重量轻的复合材料―碳纤维增强塑料(CFP)。宝马BMW FW25单壳式一级方程式赛车就是利用这种超强的轻质材料制成。该材料的特点是:
1. CFP可大幅度减轻汽车重量,特别适合制作车体部件。现代汽车中,车体占整车重量的15~20%,采用CFP塑料制成车体部件,其重量比铝材和钢材分别轻30%和50%以上。即,这一先进材料可减轻整车重量达10%。
2. 除了大幅度减轻整车重量之外,CFP塑料车体部件的最大优势在于其在碰撞时表现出优异的强度和刚度。碳纤维厚度大约为0.007毫米,受力主要集中在纤维本身的定向流方向。因此,可选择合理的排列,将纤维彼此层叠构建,从而优化CFP塑料的特色功能和特性,将其调整到预期的强度和负载条件。
3. CFP塑料的另一优势是可制成高度整合的超大型车体部件,这些部件如果用铝材或钢板制成,制作过程十分复杂。这样,为车体设计和建造等方面提供了巨大优势,固定和支承等功能可直接整合于部件本体之中。即使复杂的结构件或整车模块,均可用同一模具一体化制作,从而减少车体所需部件的数量。
通过Landshut厂CFP塑料专家、宝马研究革新中心专家和宝马公司汽车工程师的密切合作而开发和设计,宝马BMW M3 CSL型汽车的车顶充分体现了采用轻质CFP增强车体结构的优势。为了保证部件所需的稳定性之外,考虑材料的光洁度和外观,还采用了最佳的生产流程,以利用透明层漆面展现CFP材料的组织结构。BMW M3 CSL型汽车车顶在Landshut厂分三个生产阶段制成。第一阶段中,将5层专用碳纤维层叠放置进行预成型。这一阶段的重要要求,同时也是这一过程的一项重大革新,是确保碳纤维妥善排列,准确到位,具备合理的结构,提供车顶所需的稳定性和外观。第二阶段是树脂压铸(RTM)注射工艺,将已预成型的多层碳纤维垫放入1,800吨压机,将透明型环氧树脂注射到材料之中。然后,车顶在高温模具中硬化,最后,由机械手从模具中拆除,漆上透明漆。