Application de matériaux légers dans les automobiles

1. Contexte et tendances

Demande légère: Chaque réduction de 10% du poids du véhicule peut réduire la consommation de carburant de 6% à 8%. Avec une densité de 0,9 à 1,5 g / cm³, les plastiques sont des alternatives idéales aux métaux tels que l'acier (7,6 g / cm³).

Protection de l'environnement et économies d'énergie: Les plastiques sont recyclables et certains plastiques bio-basés sont utilisés dans des pièces intérieures, ce qui réduit les émissions de carbone. Par exemple, le remplacement du verre par du polycarbonate (PC) réduit le poids de 50% et réduit les émissions de CO₂.

Avantages du coût et du processus: Les plastiques sont faciles à modeler et à traiter, simplifiant les étapes de fabrication. L'adoption par Daimler-Chrysler de pare-chocs en plastique a réduit les coûts de 12% et le poids de 9%.

2. Principaux domaines d'application

Pièces intérieures (56% de l'utilisation totale du plastique automobile):

• Publication d'instruments: Type souple (PVC / ABS Skin + PU mousse) et type dur (PP, moulage par injection ABS).

• Sièges: Mousse de pu douce comme matériau d'amorti; Les fibres naturelles (comme la coque de coco) améliorent la respirabilité.

• Panneaux de porte: Squelette ABS + peau de mousse PU, ou matériau TPO pour la recyclabilité.

• Les têtes d'affiche: Substrat de mousse PP + Tissu non tissé / peau PVC, offrant une isolation saine et thermique.

Pièces extérieures:

• Pare-chocs: Alloys PC / PBT (résistance à l'impact élevé), PP modifié (faible coût). Santana a utilisé du PP copolymérisé avec un élastomère.

• Grilles de radiateur: Abs / PC alliage ou ASA (résistant aux intempéries, sans peinture), réduisant les coûts de 50%.

• Fenders: Des élastomères PP, FRP ou PU endurcis avec une excellente résistance aux intempéries.

Parties fonctionnelles:

• Réservoirs de carburant: Composites multicouches HMWHDPE, chimiquement résistants et résistants à l'impact.

• Mélanges d'admission: Le nylon renforcé de fibres de verre (PA), réduisant le poids de 1 kg et améliorant l'efficacité de 15%.

• Systèmes d'éclairage: PC / PMMA Windows and Lamps, 40% à 50% plus léger que le verre.

Groupe motopropulseur:

• Couvertures de moteur / culasses: PA modifié, 50% plus léger et 30% moins cher.

• Moteurs en plastique (étape expérimentale): 50% plus léger que les moteurs métalliques, avec un bruit de 30% plus bas.

3. Technologies matériaux clés

• Plastiques généraux à haute performance: PP (50% des plastiques automobiles), l'ABS améliorés par le renforcement des fibres (par exemple, la fibre de verre) et la modification de l'impact (par exemple, la durcissement du POE).

• Composites: FRP (plastiques renforcés en fibre) pour les panneaux de carrosserie et les déflecteurs à haute rigidité. SMC (composé de moulage en feuille) pour les pare-chocs et les structures corporelles à haute résistance et à faible poids.

• Plastiques d'ingénierie spécialisés: Alliage PC / PBT pour les pare-chocs avec résistance à la chaleur et résistance à l'impact; TPO pour les peaux de tableau de bord avec recyclabilité.

4. Comparaison nationale et internationale

• Écart d'utilisation: Dans les pays développés, l'utilisation des plastiques dans les véhicules atteint 150 kg par voiture (13% de poids), tandis qu'en Chine, il est de 110 kg par voiture (10%). Pour les voitures particulières, les pays développés dépassent 100 kg par voiture, tandis que la Chine est en moyenne de 70 kg.

• Écart technologique: L'Allemagne et le Japon appliquent largement PVC, PU, PP, ABS et FRP; La Chine s'appuie principalement sur PP et PVC, avec une utilisation limitée de matériaux avancés tels que la fibre de carbone.

5. Directions de développement futurs

• Matériaux haute performance: Nanocomposites, plastiques peinables et thermoplastiques renforcés par les fibres.

• Durabilité: Les plastiques biodégradables et bio-basés, en particulier pour les applications intérieures.

• Conception intégrée: Moulage en une seule pièce de grandes pièces (comme les pare-chocs et les tableaux de bord) pour réduire les étapes d'assemblage.

6. Défis et opportunités

• Technologie de recyclage: Les composites multi-matériaux (par exemple, les tableaux d'instruments) sont difficiles à recycler, nécessitant des conceptions pour une séparation facile.

• Contrôle des coûts: Les matériaux PP peinables et sans peinture peuvent réduire les coûts de post-traitement.

Conclusion

Les plastiques d'ingénierie modifiés, avec des avantages dans la légèreté, l'intégration fonctionnelle et la protection de l'environnement, sont devenus des matériaux de base dans l'industrie automobile. Avec les progrès des composites et des alliages polymères, les applications se développeront davantage dans les systèmes de groupes motopropulseurs et les structures corporelles, accélérant la transition de l’industrie vers l’efficacité et la durabilité. Les entreprises chinoises doivent améliorer la R&D dans des matériaux à haute performance pour réduire l'écart avec les leaders mondiaux.