Aplicación de materiales livianos en automóviles

1. Antecedentes y tendencias

Demanda liviana: Cada 10%de reducción en el peso del vehículo puede reducir el consumo de combustible en un 6%a 8%. Con una densidad de 0.9–1.5 g/cm³, los plásticos son alternativas ideales a metales como el acero (7.6 g/cm³).

Protección del medio ambiente y ahorro de energía: Los plásticos son reciclables, y algunos plásticos biológicos se usan en piezas interiores, reduciendo las emisiones de carbono. Por ejemplo, reemplazar el vidrio con policarbonato (PC) reduce el peso en un 50% y reduce las emisiones de Co₂.

Ventajas de costos y procesos: Los plásticos son fáciles de moldear y procesar, simplificando los pasos de fabricación. La adopción de los parachoques de plástico de Daimler-Chrysler redujo los costos en un 12% y el peso en un 9%.

2. Áreas principales de aplicación

Piezas interiores (56% del uso total de plástico automotriz):

• Paneles de instrumentos: Tipo suave (piel PVC/ABS + espuma PU) y tipo duro (PP, moldeo por inyección de ABS).

• Asientos: Espuma PU suave como material de amortiguación; Las fibras naturales (como la cáscara de coco) mejoran la transpirabilidad.

• Paneles de las puertas: Skeleton ABS + Pu Foam Skin, o material TPO para reciclabilidad.

• Cabezales: PP SUSTRATO DE ESPUMA PP + PIEL DE TELA ENCENDIDA/PVC, que ofrece sonido y aislamiento térmico.

Partes exteriores:

• Parachoques: Aleaciones de PC/PBT (alta resistencia al impacto), PP modificado (bajo costo). Santana usó PP copolimerizado con elastómero.

• Rejillas de radiador: ABS/PC ALEAY o ASA (resistente a la intemperie, sin pintura), reduciendo los costos en un 50%.

• Fiendas: Elastómeros de PP, FRP o PU endurecidos con excelente resistencia a la intemperie.

Partes funcionales:

• Tanques de combustible: Compuestos multicapa HMWHDPE, químicamente resistente y a prueba de impacto.

• Múltiples de admisión: Nylon reforzado con fibra de vidrio (PA), reduciendo el peso en 1 kg y mejorando la eficiencia en un 15%.

• Sistemas de iluminación: Ventanas y lámparas de PC/PMMA, 40% –50% más ligero que el vidrio.

Tren motriz:

• Cubiertas del motor/cabezales de cilindro: PA modificada, 50% más ligero y 30% más barato.

• Motores de plástico (etapa experimental): 50% más ligero que los motores de metal, con un ruido 30% más bajo.

3. Tecnologías clave de materiales

• General Plastics con alto rendimiento: PP (50% de los plásticos automotrices), ABS mejorado por refuerzo de fibra (por ejemplo, fibra de vidrio) y modificación de impacto (por ejemplo, endurecimiento de POE).

• Compuestos: FRP (plásticos reforzados con fibra) para paneles de cuerpo y deflectores con alta rigidez. SMC (compuesto de moldeo de láminas) para parachoques y estructuras del cuerpo con alta resistencia y bajo peso.

• Ingeniería especializada Plástica: Aleación de PC/PBT para parachoques con resistencia al calor y resistencia al impacto; TPO para pieles del panel de instrumentos con reciclabilidad.

4. Comparación nacional e internacional

• Brecha de uso: En los países desarrollados, el uso de plásticos en vehículos alcanza 150 kg por automóvil (13% de peso), mientras que en China es de 110 kg por automóvil (10%). Para los automóviles de pasajeros, los países desarrollados superan los 100 kg por automóvil, mientras que China promedia 70 kg.

• Brecha tecnológica: Alemania y Japón aplican ampliamente PVC, PU, PP, ABS y FRP; China se basa principalmente en PP y PVC, con un uso limitado de materiales avanzados como la fibra de carbono.

5. Instrucciones de desarrollo futuras

• Materiales de alto rendimiento: Nanocompuestos, plásticos pintables y termoplásticos reforzados con fibra.

• Sostenibilidad: Los plásticos biodegradables y biológicos, particularmente para aplicaciones interiores.

• Diseño integrado: El moldeo de una pieza de grandes partes (como parachoques y paneles) para reducir los pasos de ensamblaje.

6. Desafíos y oportunidades

• Tecnología de reciclaje: Los compuestos multimateriales (por ejemplo, paneles de instrumentos) son difíciles de reciclar, lo que requiere diseños para una fácil separación.

• Control de costos: PP pintable y materiales sin pintura pueden reducir los costos de postprocesamiento.

Conclusión

Los plásticos de ingeniería modificados, con ventajas en peso ligero, integración funcional y protección del medio ambiente, se han convertido en materiales centrales en la industria automotriz. Con los avances en compuestos y aleaciones de polímeros, las aplicaciones se expandirán aún más en sistemas de tren motriz y estructuras corporales, acelerando la transición de la industria hacia la eficiencia y la sostenibilidad. Las empresas chinas deben mejorar la I + D en materiales de alto rendimiento para reducir la brecha con los líderes globales.