【中玻網(wǎng)】聚碳酸酯(PC)材料具有設計自由度高、強度好、密度低、輕量化的特點(diǎn)。從新能源汽車(chē)輕量化的要求出發(fā)，分析了新能源汽車(chē)的輕量化工作，并從材料、產(chǎn)品性能、標準以及產(chǎn)業(yè)化方面研究了PC材料在新能源汽車(chē)輕量化領(lǐng)域的應用前景和存在的問(wèn)題，PC塑料車(chē)窗機械性能優(yōu)于傳統玻璃，但其抗磨性能和耐候性能較傳統玻璃差，PC塑料車(chē)窗的應用目前急需建立自身的標準，同時(shí)進(jìn)一步提高耐候性和耐磨性；PC塑料車(chē)窗導熱性較傳統玻璃差，塑料車(chē)窗電阻絲消耗功率和溫度性能明顯低于傳統玻璃，塑料車(chē)窗的除霜除霧功能還有待解決。
　　
　　現代汽車(chē)結構、性能和技術(shù)的重要發(fā)展方向是輕量化、節能、環(huán)保和提高安全性。汽車(chē)的質(zhì)量和能源消耗成線(xiàn)性關(guān)系．據統計，汽車(chē)質(zhì)量每降低1%則燃耗可降低0.6%～1.0%。能耗又與尾氣排放密切相關(guān)．因此，汽車(chē)輕量化對節能和環(huán)保意義重大。
　　
　　相對而言，純電動(dòng)汽車(chē)對于輕量化的需求更加迫切，同時(shí)也給輕量化技術(shù)的廣泛應用提供了新的機遇．為了實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)的整體減重，提高電動(dòng)車(chē)的整體性能，首先需要全新輕量化車(chē)身和底盤(pán)的設計;其次是新材料、新技術(shù)、新工藝的應用．本文簡(jiǎn)單分析了一下新能源汽車(chē)的輕量化工作并結合目前開(kāi)展的塑料車(chē)窗應用項目，研究其應用前景和需解決的問(wèn)題。
　　
　　1、輕量化要求與發(fā)展
　　
　　車(chē)身質(zhì)量占汽車(chē)總質(zhì)量的40%左右，車(chē)身的輕量化對于整車(chē)的輕量化起著(zhù)舉足輕重的作用。實(shí)現車(chē)身結構輕量化主要有兩個(gè)途徑:
　　
　　一是選用強度更高、重量更輕的新材料，例如鋁鎂合金、高度度鋼材等；二是設計更合理的車(chē)身結構，使零部件薄壁化、中空化、小型化、復合化以及對車(chē)身零部件進(jìn)行結構和工藝改進(jìn)等．靠前種途徑在目前看來(lái)應該是車(chē)身輕量化的主流，針對規?；a(chǎn)的需要，已有很多輕質(zhì)材料應用于車(chē)身制造工業(yè)，如高度度鋼、鋁合金和碳纖維等；第二種途徑是利用有限元法和優(yōu)化設計等方法對車(chē)身進(jìn)行結構分析及優(yōu)化設計，以減小車(chē)身骨架和車(chē)身鋼板的質(zhì)量．以上兩種途徑是相輔相成的，必須采取材料替換與結構改進(jìn)相結合的方法，才可能在保證汽車(chē)整體質(zhì)量和性能不受影響的前提下，非常大限度地減輕各零部件的質(zhì)量。
　　
　　汽車(chē)底盤(pán)是汽車(chē)的支撐部分．它保證了汽車(chē)的堅固性，通過(guò)減震從而幫助提高汽車(chē)的撞擊阻力．在衡量汽車(chē)內的噪音、振動(dòng)水平(NVH)的數值中，底盤(pán)也是非常重要．NVH的降低不僅提供了舒適的駕駛感受，而且還降低了連接件的壓力，增長(cháng)了這些組件的使用壽命，而降低NVH的決定性因素是能量的吸收．能量吸收的水平越高，NVH降低的程度就越大。更重要的是，在碰撞中可以更好地進(jìn)行人員保護。所以相對于電動(dòng)車(chē)而言，它需要有經(jīng)驗化底盤(pán)設計。
　　
　　不同于傳統汽車(chē)，它以滿(mǎn)足動(dòng)力電池、電機、控制器等零部件的布置要求;同時(shí)向電子化、信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化方向發(fā)展，滿(mǎn)足未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展要求。
　　
　　隨著(zhù)國內外電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，其他輕量化新材料和新技術(shù)的應用也逐漸多了起來(lái)并趨于成熟（見(jiàn)表1）。目前我們要點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)有:
　　
　　(1)塑料翼子板PPO/PA；
　　
　　(2)前端模塊化設計；
　　
　　(3)門(mén)模塊；
　　
　　(4)后尾門(mén)模塊；
　　
　　(5)整車(chē)玻璃塑料化；
　　
　　(6)高度度鋼的應用比例逐漸增加；
　　
　　(7)熱壓成型新工藝的應用；
　　
　　(8)液壓成型；
　　
　　(9)激光拼焊；
　　
　　(10)鋁鎂合金零部件的應用逐漸增多。

　　2、輕量化工作的機遇與挑戰
　　
　　新能源汽車(chē)行業(yè)正處在一個(gè)快速發(fā)展的階段，中國和全部汽車(chē)集團的差距在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的表現并不像傳統燃油車(chē)那么巨大，大部分都處在同一起跑線(xiàn)上，甚至在某些領(lǐng)域，比如電池技術(shù)方面還取得了一些全部?jì)?yōu)異技術(shù)。但如果不抓住未來(lái)的5～10年時(shí)間，將會(huì )在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的差距再次被全部汽車(chē)集團拉大，中國汽車(chē)業(yè)將失去這一歷史機遇。電動(dòng)汽車(chē)作為未來(lái)5～10年發(fā)展的要點(diǎn)，輕量化技術(shù)的應用將越來(lái)越受到重視。
　　
　　目前國內所有汽車(chē)廠(chǎng)，幾乎都涉及了新能源領(lǐng)域，輕量化也是大家所共同追求的目標，但也存在一些問(wèn)題，筆者認為主要有三個(gè)方面。
　　
　　2.1、輕量化技術(shù)與全部先進(jìn)水平存在一定的差距
　　
　　主要表現:零部件設計開(kāi)發(fā)及試驗能力；在材料開(kāi)發(fā)、模具制造、工藝設備、新技術(shù)的應用成熟度方面差距明顯;目前多數輕量化新材料和新技術(shù)的研究多數都是國外的成果，國內缺少原始的參數和試驗數據，只能將零部件拿到國外的公司設計開(kāi)發(fā)，模具和工藝設備基本靠進(jìn)口，模具和工藝設備的制造能力目前國內落后全部很多．這就導致了國內輕量化技術(shù)的應用成本增加，投入資金變大．目前，全部上全鋁車(chē)身、模塊化設計、塑料翼子板、熱壓成型高度度鋼的應用技術(shù)已經(jīng)相當成熟，也有不少成功應用的車(chē)型，而國內自主開(kāi)發(fā)應用的車(chē)型卻寥寥可數。所以需要國家相關(guān)部門(mén)的關(guān)注，加大上游研發(fā)的支持力度，特別是在新材料、模具制造、設備制造水平上實(shí)現國內自主開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)。
　　
　　2.2、輕量化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題
　　
　　主要表現:一些先進(jìn)輕量化技術(shù)只能在國外生產(chǎn)和制造，國內受設計能力、模具制造能力、以及設備，資金的限制，尚無(wú)一家具備生產(chǎn)能力;無(wú)法實(shí)現國內的產(chǎn)業(yè)化，新的輕量化方案也只能是紙上談兵。需要國家相關(guān)部門(mén)的關(guān)注和推動(dòng)整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與建設．只有整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈上的核心技術(shù)實(shí)現了國內產(chǎn)業(yè)化，我們的民族汽車(chē)工業(yè)才能不受制于人，同時(shí)減低電動(dòng)車(chē)的成本，推動(dòng)整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的健康發(fā)展。
　　
　　2.3、輕量化技術(shù)相關(guān)標準法規
　　
　　新能源汽車(chē)是高新技術(shù)密集型產(chǎn)品，設計面很廣，技術(shù)更新發(fā)展也很快，因此要不斷制定和修訂相關(guān)標準，以便更好的適應和推動(dòng)行業(yè)的健康發(fā)展．目前一場(chǎng)沒(méi)有硝煙的標準化爭奪戰已經(jīng)打響，知識產(chǎn)權的保護刻不容緩的擺在國內企業(yè)的面前．失去標準法規這個(gè)新能源行業(yè)的制高點(diǎn)，我們將會(huì )付出慘痛的代價(jià)，中國在這方面的教訓已經(jīng)足夠深刻。所幸的是目前國內也十分重視電動(dòng)汽車(chē)標準化的建設，許多科研單位和企業(yè)在開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，也在積較學(xué)習和借鑒國外電動(dòng)車(chē)標準的成果和經(jīng)驗．積較開(kāi)展我們自己的電動(dòng)車(chē)標準化工作有利于我國電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　
　　國家相關(guān)部門(mén)應要點(diǎn)關(guān)注和推進(jìn)完善標準法規體系，加強標準法規的制訂力度和完善各企業(yè)間地合作，切實(shí)加強標準法規對行業(yè)的指導作用，爭取在短時(shí)間內基本建立起與產(chǎn)業(yè)發(fā)展和能源規劃相適應的節能與新能源汽車(chē)標準體系；同時(shí)積較參與全部合作，在全部標準爭奪戰中取得有利地位。
　　
　　本文列舉在以PC為材料的塑料車(chē)窗技術(shù)應用研究方面的情況，要點(diǎn)探討了塑料車(chē)窗在國內的應用前景和需進(jìn)一步解決的問(wèn)題。
　　
　　3、PC視窗技術(shù)發(fā)展
　　
　　聚碳酸酯簡(jiǎn)稱(chēng)PC，是一種無(wú)定型、無(wú)臭、無(wú)害、高度透明的無(wú)色或微顏色熱塑性工程塑料．它具有以下特點(diǎn):優(yōu)良的物理機械性能，蠕變性小，尺寸穩定;良好的耐熱性和耐低溫性，無(wú)明顯熔點(diǎn)，在220～230℃呈熔融狀態(tài);由于分子鏈剛性大，樹(shù)脂熔體黏度大;吸水率、收縮率小，尺寸精度高，尺寸穩定性好，薄膜透氣性小;屬自熄性材料;對光穩定，但不耐紫外光;耐油、耐酸，不耐強堿、氧化性酸及胺、酮類(lèi)，溶于氯化烴類(lèi)和芳香族溶劑，長(cháng)期在水中易引起水解和開(kāi)裂．它的缺點(diǎn)是因舒緩勞累強度差，容易產(chǎn)生應力開(kāi)裂，抗溶劑性差，耐磨性欠佳．通過(guò)改性和鍍層后可應用于汽車(chē)車(chē)窗，它在未來(lái)10年的主要應用是:天窗，固定車(chē)窗(除前風(fēng)擋)，車(chē)身面板等(見(jiàn)圖1);聚碳酸酯作為汽車(chē)車(chē)窗應用的需求量預期到了2018年將達到約100kt．目前比較成熟的塑料車(chē)窗開(kāi)發(fā)流程為:構思→設計理念→材料選擇→產(chǎn)品設計→技術(shù)開(kāi)發(fā)→模具設計→注塑成型→涂層→成品。
　　
　　如圖1所示，因為前風(fēng)擋法規和安全性的要求，目前，前風(fēng)擋在現有技術(shù)水平下還無(wú)法應用;前三角窗和前車(chē)門(mén)玻璃因為耐磨性要求和駕駛員的視野要求等，正在研發(fā);市場(chǎng)已經(jīng)有所應用的，主要是車(chē)體后半部的車(chē)窗和固定車(chē)窗以及全景天窗等。相對于無(wú)機玻璃，聚碳酸酯PC玻璃具有以下優(yōu)勢:
　　
　　(1)設計自由度提高，功能整合；
　　
　　(2)韌性，抗沖擊性提高；
　　
　　(3)減重效果明顯，可降低整車(chē)重心，減少二氧化碳排放;聚碳酸酯比重為1．2g/cm3;無(wú)機玻璃比重為2．5g/cm3，理論減重50%，實(shí)際應用中減重效果為30%～40%；
　　
　　(4)可回收，環(huán)保，循環(huán)利用；
　　
　　(5)提高安全性。

　　　隨著(zhù)產(chǎn)品性能和制造工藝的不斷完善，塑料車(chē)窗正在向著(zhù)模塊化的方向發(fā)展（見(jiàn)圖2）。圖2中的全景塑料天窗采取模塊化設計，集成了剎車(chē)指示燈、室內照明燈、線(xiàn)束、天線(xiàn)等都有所體現，設計自由度高，可以充分發(fā)揮塑料車(chē)窗的優(yōu)勢。當然PC也存在一定的不足：
　　
　　(1)耐候性不如無(wú)機玻璃；
　　
　　(2)耐磨、耐刮擦性不如無(wú)機玻璃；
　　
　　(3)拉伸模量與無(wú)機玻璃區別明顯。
　　
　　針對PC的這些缺點(diǎn)，一方面可以通過(guò)與其他農業(yè)生產(chǎn)體系物共聚、均聚、共混來(lái)克服；一方面需要優(yōu)化模具和工藝設計；另外針對耐候性和耐磨性的不足，需要合適的涂層技術(shù)。但國內較缺乏的就是涂層技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用。目前效果較好的是濕涂層技術(shù)，通過(guò)它的處理，PC玻璃的耐刮擦及耐候性可得到較大改善;在聚碳酸酯上施涂濕涂層的可加工性及應用已經(jīng)在國外得到證實(shí)和實(shí)車(chē)應用，車(chē)窗玻璃可實(shí)現減重40%。
　　
　　4、塑料車(chē)窗性能研究
　　
　　4.1、材料性能
　　
　　本次研究樣品以后風(fēng)擋為對象，塑料后風(fēng)擋以PC(聚碳酸酯)改性材料作為原材料．原材料性能測試結果見(jiàn)表2。

　　因為聚碳酸酯自身存在的耐刮擦和耐候性不足，就決定了需要PC玻璃涂層技術(shù)，采用淋涂工藝、雙層涂鍍技術(shù)可取得較好的耐候、耐磨效果。
　　
　　通過(guò)在中國國內的市場(chǎng)調查，目前PC玻璃產(chǎn)業(yè)化的非常大不足點(diǎn)是在涂層技術(shù)方面;模具、注塑機等設備國內僅少數幾家具備一定的設計和生產(chǎn)能力;較新型的注塑工藝為旋轉注塑、多層注塑，同時(shí)注塑時(shí)可動(dòng)態(tài)給模具加熱，模具加熱有利于提高產(chǎn)品合格率和成品質(zhì)量，國內目前還沒(méi)有這項工藝．實(shí)際應用和本次測試的塑料車(chē)窗都是帶涂層的產(chǎn)品．
　　
　　4.2、產(chǎn)品性能
　　
　　后風(fēng)擋因為有除霜除霧的要求，所以塑料車(chē)窗可分為帶電阻絲和不帶電阻絲兩種。
　　
　　不帶電阻絲
　　
　　塑料玻璃因為其用途與傳統玻璃是一致的，所以車(chē)窗玻璃的大部分性能要求，塑料車(chē)窗也必須滿(mǎn)足，只是具體的標準還需大量的試驗數據提供參考．塑料車(chē)窗基本性能要求包括:人頭模型沖擊試驗、落球試驗、霰袋沖擊試驗、磨損試驗、抗穿透試驗、防火試驗、耐濕性、耐熱試驗、耐化學(xué)性試驗、耐候性、透射比、光畸變等。
　　
　　通過(guò)試驗我們發(fā)現PC塑料后風(fēng)擋具有良好的抗沖擊性能和光學(xué)性能，PC塑料后風(fēng)擋與傳統玻璃相比光學(xué)性能優(yōu)越，透光率達到90%以上；落球試驗和霰袋沖擊試驗結果沒(méi)有差異，且PC后風(fēng)擋同時(shí)也滿(mǎn)足人頭模型沖擊試驗和抗穿透試驗;PC后風(fēng)擋機械性能優(yōu)于傳統玻璃；但其抗磨性能和耐輻照性能較傳統玻璃較差。當然我們是沿用現有標準和試驗方案進(jìn)行分析的，通過(guò)整個(gè)過(guò)程我們也感到直接套用現有傳統玻璃的性能要求和試驗方法，并不完全適合塑料車(chē)窗。所以需要通過(guò)大量的數據積累和研究實(shí)際的使用環(huán)境，制定符合實(shí)際使用要求的標準和試驗方法；同時(shí)也必須從塑料車(chē)窗產(chǎn)品性能本身出發(fā)繼續改善其自身的耐磨性和耐候性，才能推動(dòng)塑料車(chē)窗的實(shí)際應用。
　　
　　帶電阻絲
　　
　　塑料后風(fēng)擋除需要除霜除霧功能外，仍然需要考慮其他性能要求。它包括:耐清洗液、過(guò)電壓、加熱絲消耗功率、溫度性能、不透明率、融化效率、插片強度、加熱絲插片抗彎曲試驗、電熱耐久性等要求。
　　
　　通過(guò)整個(gè)試驗發(fā)現PC塑料后風(fēng)擋因為塑料的導熱性較傳統玻璃差，塑料玻璃與電阻絲的結合技術(shù)還不是很完善，其消耗功率和溫度性能明顯低于傳統玻璃，而消耗功率低導致通電后其主表面溫度低，不能起到很好的除霜效果。因此建議PC后風(fēng)擋若想達到理想的除霜效果，其消耗功率應在不影響整車(chē)功率的條件下高于傳統玻璃的要求，但需要考慮與整車(chē)電源功率匹配。
　　
　　圖3所示為我們對帶加熱絲的后風(fēng)擋進(jìn)行除霜除霧試驗時(shí)的情況。試驗過(guò)程中主表面溫度為32．8℃，兩側插片附件溫度為56.4℃。因為塑料導熱性較傳統玻璃差，所以除霜除霧性能有待提高。

　　5、結束語(yǔ)
　　
　　輕量化是新能源汽車(chē)發(fā)展的必然要求，前期結構設計、新材料、新工藝，新技術(shù)的開(kāi)發(fā)需要上游材料廠(chǎng)、整車(chē)廠(chǎng)、零部件企業(yè)及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調發(fā)展與協(xié)作，也特別需要國家相關(guān)政策法規的引導和支持。
　　
　　作為整車(chē)輕量化的一個(gè)手段，塑料車(chē)窗的應用前景廣闊。鑒于試驗條件的局限性，較終結果不免存在一定誤差，但是通過(guò)本次試驗，已經(jīng)可以初步獲得以下幾點(diǎn)結果。
　　
　　(1)塑料車(chē)窗在新能源汽車(chē)上可應用零部件:全景天窗、后風(fēng)擋玻璃、側固定車(chē)窗，整體較傳統鋼化玻璃實(shí)際應用中減重效果為30%～40%；單件成本需要較終國內產(chǎn)業(yè)化后確認。
　　
　　(2)塑料車(chē)窗的應用主要存在三個(gè)問(wèn)題:標準和試驗方法的建立問(wèn)題、國內產(chǎn)業(yè)鏈建設問(wèn)題、成本問(wèn)題．這三方面問(wèn)題應加以打破和發(fā)展，塑料車(chē)窗必像汽車(chē)大燈一樣，迎來(lái)快速發(fā)展。
　　
　　(3)塑料車(chē)窗的耐磨性和耐候性是主要存在的兩個(gè)難點(diǎn)，還需依賴(lài)涂層技術(shù)的發(fā)展，以滿(mǎn)足車(chē)窗的耐候和耐刮擦等性能要求；國內應該加強涂層技術(shù)研究，不斷改善和提高塑料車(chē)窗的耐磨性和耐候性。
　　
　　(4)塑料車(chē)窗的除霜除霧功能還需加強研究和改善性能。
　　
　　(5)目前塑料車(chē)窗實(shí)際應用過(guò)程中面臨無(wú)標準可依的問(wèn)題，照搬傳統玻璃的標準和試驗方法顯然不完全適合塑料車(chē)窗。如何確定適合塑料車(chē)窗的統一的要求和試驗方法急需相關(guān)部門(mén)和企業(yè)共同制定完善。并且后期塑料車(chē)窗3C認證問(wèn)題也需盡快解決。
　　
　　(6)通過(guò)研究，我們認為塑料車(chē)窗現階段比較適合B柱之后的固定車(chē)窗，特別適合造型復雜、自由度高的設計，同時(shí)可實(shí)現零部件的集成模塊化，這樣雖然塑料車(chē)窗單件成本提高了，但通過(guò)減少零部件的數量，整車(chē)成本仍可得到較好控制，從而推動(dòng)塑料車(chē)窗的應用和實(shí)現整車(chē)輕量化目的。
　　
　　模塊可靈活構成不同的有經(jīng)驗能力，覆蓋該有經(jīng)驗能力的所有模塊農業(yè)生產(chǎn)體系地組合成本有經(jīng)驗的模塊化教學(xué)體系，較終構建成模塊化人才培養方案，以培養學(xué)生有經(jīng)驗能力、綜合素質(zhì)、嚴謹的工作作風(fēng)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和不拘一格的創(chuàng )新精力。因此，只有構建適合各有經(jīng)驗特點(diǎn)的模塊化教學(xué)模式，才能提高應用型高等院校教學(xué)質(zhì)量，培養出社會(huì )所需的高質(zhì)量的工程應用型有經(jīng)驗人才。