新能源汽车前瞻应用的材料及注塑加工解决方案

塑料在汽车制造中扮演着重要的角色。它不仅能满足轻量化要求，助力提高燃油效率，而且还可以实现部件的一体化制造，从而提高汽车的生产效率。在这个全球化、绿色化的时代，汽车塑料及技术创新在推动产业发展、环保事业等方面具有举足轻重的地位。与此同时，新能源汽车的发展也促进了塑料件在汽车上的应用，比如内外饰中的保险杠、挡泥板、车轮罩等配件已广泛使用塑料进行制造。

当然，先进的生产工艺、高性能的原材料以及严格的质量控制体系等，都为汽车产业的发展提供了强有力的支持。比如，嵌件注塑技术以其独特的优势，可提高生产效率、赋予产品良好的机械性能和耐久性等，其在新能源汽车领域还有哪些创新的应用？轻量化是未来交通工具的重要发展方向，复合材料以高强度、高刚度、轻量化的优点正受到越来越多的关注，其将如何助力未来出行？带着这些问题，让我们一起回顾由荣格工业传媒主办、阿博格联合主办的“2023汽车塑料及技术创新论坛”，看看产业链上下游的专家、企业带来了哪些精彩分享。

材料碳排放带来新的机遇和挑战

 

发展新能源汽车具有多方面的战略意义，例如保障能源安全、大幅减少对石油的依赖、提前实现碳达峰、碳中和的目标，并对未来汽车产业的碳中和发挥主要途径作用。国家轻量化材料成形技术及装备创新中心黄家奇认为，随着产业升级和“双积分”政策的实施，“油、电”车型的同步开发将越来越受到主机厂的重视，进而采用模块化“材料-结构-性能”一体化开发策略。

 

黄家奇

同时，双碳背景下，材料碳排放主要取决于材料的生产能耗、能源类型以及循环材料使用比例，循环材料使用比例较大程度上决定了汽车材料阶段碳排放是否具有竞争力。对于配套商来说，他们将面临更多的挑战和机遇。配套商需要持续改善和提高产品的轻量化性能，并需要持续优化二级和上游配套厂的技术标准、规范和流程。对于材料及各类技术提供方来说，需要推动项目的早期落地和多目标活动的开展。

 

长玻纤直接注塑助力轻量化

 

在汽车制造的塑料件领域，绕不过去的是玻璃纤维，凭借性能优势，玻璃纤维受到制造商的青睐。使用长玻纤造粒的工艺可以实现随取随用，并且拥有现成的物性表可以供参考，工艺更简单。然而，该材料在造粒过程中会造成一些热损坏，材料的使用范围也会有所局限。不过，使用长玻纤直接注塑时，材料在选择时有更大的自由度，甚至可以定制材料性能，同时因为省去了挤出再造粒的工艺，可以减少二氧化碳排放，满足可持续发展的要求。

 

柴文龙

 

那么，长玻纤直接注塑要如何实现呢？阿博格机械（上海）有限公司应用部经理柴文龙从长玻纤注塑工艺原理、工艺参数、机械性能等方向进行了深度解析。在汽车行业的降本增效过程中，大家都在思考用PP材料去替代其他高昂的塑料材料，以及考虑使用回料。阿博格对于循环经济也进行了研究分析，发现如果希望回料达到更优异的性能，长玻纤的应用也非常重要。在汽车部件中，壳体、支撑件、盖板等塑料部件应用长玻纤可以满足其对于轻量化和结构强度的要求。

 

嵌件注塑带来的技术突破

 

随着新能源汽车的快速发展，汽车电子控制系统的相关零件对注塑的需求量随之增多，嵌件注塑技术以其独特的优势，如高生产效率、良好的机械性能和耐久性等，得到快速发展。作为领先的注塑机制造商，嵌件注塑也是阿博格擅长的优势领域之一。

何为嵌件注塑（Insert Molding）？塑料内部镶嵌有金属、玻璃、木材、纤维、纸张、橡胶或已成型的塑胶件等称为嵌件，最常见的嵌件为金属。嵌件注塑是一种将嵌件预先固定在注塑模具中适当的位置，然后再注入塑料成型，开模后嵌件被冷却固化的塑料包紧埋在塑料内得到带有如螺纹、电极等嵌件的制品的工艺。

传统的嵌件注塑生产流程为：取嵌件→放置嵌件→调整嵌件位置→取成品→闭合安全门→检查产品→装箱。在这一过程中，免不了人工操作，存在无法确保上料时间的一致性、无法确保嵌件一次性摆放到位、安全门频繁打开可能损坏注塑机等缺点，此外操作人员需要探入模具中，存在安全隐患。

 

张磊

如何将塑料与金属组合成为混合型部件？如何用热塑性塑料、热固性塑料或液态硅橡胶对嵌件进行包胶注塑？“阿博格的立式注塑机、机械手系统以及交钥匙解决方案可以帮助客户解决这些难题。”阿博格机械（上海）有限公司客户经理张磊分享道。现场，他以汽车的密封端子为例，深入阐述了这一自动化案例的操作过程：通过抽屉系统在托盘中提供预成型零件，分别取出预成型零件，双面清洁后对产品进行喷涂，将零件放入装配模腔，拾取并对2个预成型零件进行等离子处理，装配2个预成型零件，取出模具的成品件，将预成型零件插入2层至模具中，最终将成品件放置在传送带上。

 

仿麂皮闯入汽车内饰提升质感

 

随着人们对于整车感知质量的要求越来越高，汽车内饰件的包覆材料也越来越多样化，其中，仿麂皮因具备质地柔软、手感丰润、坚牢耐用等特性，逐渐应用于中高端车型的内饰件上。仿麂皮属于海岛型超细纤维，是一种新型的复合材料，具有重量轻、强度高、耐磨、耐腐蚀等优点，将它应用在汽车制造中，能给汽车驾驶带来哪些新的体验？上汽集团乘用车内饰件材料工程师何佩芸现场给出了答案——质感。

 

“仿麂皮在汽车零部件上的应用有多种，其中顶棚和立柱是常见的内饰件之一。在顶棚试制中，我们采用了“仿麂皮+海绵”的复合面料，利用热熔胶复合工艺进行成型。但我们在第一次试制中出现了表面斑驳不均、褶皱及撕裂的质量问题。”何佩芸表示，为了解决这些问题，公司研发团队进行了工艺调整，降低了工艺温度并增加了保压时间，最终得到了改善的样件结果。她还提及，在立柱试制中，复合面料是在绒面背面复合一层克重为100g/m²的100%水刺涤纶无纺布作为支撑基布，总厚度为1.1mm，立柱基材为PP-EPDM-T20，但在试制中也出现了样件外观斑驳感较强、在大拐角处面料起皱严重、在样件边角处面料包覆不全等问题。为了解决上述难题，其团队对工艺进行了调整，通过设定不同的温度梯度来确定最低温度。“经过多轮试制后，最终得到了改善的样件结果。”何佩芸还表示，目前，上汽乘用车中心实验室已具备独立的材料及相关工艺的研发、分析和检测能力，并且拥有常规的汽车非金属材料以及金属材料试验能力。

 

多色注塑技术提升美感

 

随着科技的进步，车灯已从单纯的照明和信号工具转变为具备智能化、环保化和美观化等多功能的部件。车灯对于车辆的重要性不亚于眼睛对于人的重要性，而车辆前灯更是对车辆的整体形象和美感有着至关重要的影响。海纳川海拉（天津）车灯有限公司注塑工程师金震指出，目前多色及厚壁产品在车灯方面的应用越来越广泛，这主要是由于多色及厚壁产品可以让车灯看起来更加美观、耐用，同时能够提高车灯的抗冲击性和整体质量，而这些都离不开多色注塑技术。

 

金震

“与传统的单色面罩相比，多色面罩具有更多优点。比如它能够消除传统面罩的内抽线，让车灯看起来更加完整、美观；它可以节省人工、仓储、物流等环节的损失，降低生产成本；可以为设计师提供更多的设计空间，设计出更加多样化的车灯。”金震解释说。

厚壁产品是一种在车灯领域中广泛使用的材料，它具有高强度、高耐热性和高抗冲击性等特点。据金震介绍，通过使用厚壁产品，车灯制造商们可以生产出更加耐用、抗冲击性更强的车灯，从而提高车辆的安全性。同时，厚壁产品在设计方面也更加灵活，可以更好地满足设计师的需求。值得一提的是，目前新能源车型为了更直观地区别于传统燃油车，往往采用非常具有辨识度的车灯设计——贯穿双色前灯面罩可以让新能源车辆在车流中脱颖而出。

 

产品多样性满足更高的散热要求

 

随着新能源汽车的飞速发展，动力电池对于电池的散热要求越来越高，瓦克有机硅可以帮助客户实现更高的散热要求。“瓦克有机硅有非常丰富的产品组合，我们有3000多款产品，全球拥有17个生产基地。”瓦克SE技术服务经理雷云飞分享道，“有机硅来源于硅矿，通过各种加工工艺既可以做到亲水也可以做到疏水，也有非常好的绝缘性，并且能够针对客户需求开发特定的产品，在汽车行业有广泛的应用。”

 

雷云飞

同时，瓦克可以将固体硅胶等产品直接提供给客户，可以做到200-300度的耐温性能，帮助他们做经济型的解决方案。此外，瓦克还可以提供发泡产品以满足电池密封的应用；硅胶弹性体因为能够与盒子有很好的接触适用于逆变器的灌封应用。在线缆领域，因为有机硅在各种温度下有优良的性能，可以在其中作为绝缘层使用。

“当然，在配合客户开发过程中我们也会遇到挑战，需要适应行业趋势的变革。例如，新能源汽车对阻燃的要求越来越高，对无卤阻燃需求越来越多，硅橡胶可能随着时间推移出现降解，瓦克新开发的产品拥有抗老化的性能，可以保证密封，保证新能源汽车的稳定运行。”此外，雷云飞还分享了瓦克有机硅产品在电机、汽车传感器领域的应用，以及RT624产品在新兴的氢燃料电池双极板的密封的应用，展示了瓦克产品的多样性。

邵大春

此外，可靠粘接和完全密封是将车前灯壳体与聚碳酸酯透镜装配在一起的最终要求，领先的车灯制造商依靠Openair Plasma®等离子活化技术卓越的工艺进度和成本经济性，完成在PP前车灯壳体粘接中的预处理，使其最终实现目标。“耐久的密封性能在动力系统中的应用也同样重要。”普思玛等离⼦处理设备贸易（上海）有限公司区域销售总监邵大春表示，任何密封的品质效果都取决于其接触表面的洁净度，在这些关键区域采用普思玛（Plasmatreat）的Openair-Plasma®常压等离子清洗技术，可以确保针对材料的目标区域实现有效的高精度预处理。

 

监控全流程保障产品质量

 

当前，注塑行业制造商更青睐于使用高精密模具以生产高附加值产品。不过，面对大量的测量特征及复杂要求，传统测量方式已经无法满足行业发展的需求，如何有效缩短试模时间及提高注塑产品质量成为制造商们必须思考的问题。

蔡司（ZEISS）先进的一站式解决方案可以实现内外尺寸测量、隐藏结构无损测量、借助同一数据集进行测量及缺陷分析、获取工件整体三维信息、大轮廓偏差工件无障碍分析、自由状态工件摆放避免测量误差。

解林中

那么，企业如何借助于先进的CT技术提升企业的竞争力呢？“在模具开发过程中，可以借助ZRE软件实现50%起的修模时间节省；借助孔隙率分析功能实现注塑过程参数优化以及实现尺寸及形位公差全尺寸测量及评定；在装配过程中，可以实现组装件内部结构及装配间隙检测；借助实际值比对快速监测模具磨损及高速CT检测，实现生产过程控制。”卡尔蔡司（上海）管理有限公司X Ray产品销售经理解林中分享道。

除此外，整个注塑过程也离开不传感器的应用。凭借对注塑过程的助力，奇石乐的模内压力传感器在航空航天、汽车行业、医疗等领域得到广泛应用。“在注塑工艺刚开始的时候，我们的传感器就已经开始运作，随着塑料材料进入注塑机，注塑模具和模内压力传感器可以全程监控，形成压力曲线，并通过数据实时传输，方便对生产的产品质量进行监控。”

张大将

 

奇石乐精密机械设备（上海）有限公司注塑应用区域客户经理张大将分享道，“奇石乐的模内压力传感器主要有四个应用方向：科学试模、快速移模、品质分拣、智能控制。”此外，在汽车连接器故障排查和产品缺陷方面，模内压力传感器能够帮助客户解决产品缩水、短射、飞边等问题。“虽然只有千分之二的故障率，但为了揉掉这些工程师‘眼里的沙子’，奇石乐和客户一同协作，增大了高速剪切的行程，解决了飞边问题。”

在进气歧管的自动化控制中，奇石乐采用模内压力切换保压，精准控制产品克重以及尺寸波动，通过模内压力曲线让客户把控产品尺寸，防止产品预变形，实现注塑系统实时监控。

 

来源：荣格-《国际塑料商情》

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