【中玻網(wǎng)】聚碳酸酯(PC)材料具有設(shè)計(jì)自由度高、強(qiáng)度好、密度低、輕量化的特點(diǎn)。從新能源汽車輕量化的要求出發(fā)，分析了新能源汽車的輕量化工作，并從材料、產(chǎn)品性能、標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)業(yè)化方面研究了PC材料在新能源汽車輕量化領(lǐng)域的應(yīng)用前景和存在的問題，PC塑料車窗機(jī)械性能優(yōu)于傳統(tǒng)玻璃，但其抗磨性能和耐候性能較傳統(tǒng)玻璃差，PC塑料車窗的應(yīng)用目前急需建立自身的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)一步提高耐候性和耐磨性；PC塑料車窗導(dǎo)熱性較傳統(tǒng)玻璃差，塑料車窗電阻絲消耗功率和溫度性能明顯低于傳統(tǒng)玻璃，塑料車窗的除霜除霧功能還有待解決。
　　
　　現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)的重要發(fā)展方向是輕量化、節(jié)能、環(huán)保和提高安全性。汽車的質(zhì)量和能源消耗成線性關(guān)系．據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車質(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，汽車輕量化對(duì)節(jié)能和環(huán)保意義重大。
　　
　　相對(duì)而言，純電動(dòng)汽車對(duì)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(yīng)用提供了新的機(jī)遇．為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的整體減重，提高電動(dòng)車的整體性能，首先需要全新輕量化車身和底盤的設(shè)計(jì);其次是新材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用．本文簡單分析了一下新能源汽車的輕量化工作并結(jié)合目前開展的塑料車窗應(yīng)用項(xiàng)目，研究其應(yīng)用前景和需解決的問題。
　　
　　1、輕量化要求與發(fā)展
　　
　　車身質(zhì)量占汽車總質(zhì)量的40%左右，車身的輕量化對(duì)于整車的輕量化起著舉足輕重的作用。實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)輕量化主要有兩個(gè)途徑:
　　
　　一是選用強(qiáng)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(shè)計(jì)更合理的車身結(jié)構(gòu)，使零部件薄壁化、中空化、小型化、復(fù)合化以及對(duì)車身零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝改進(jìn)等．靠前種途徑在目前看來應(yīng)該是車身輕量化的主流，針對(duì)規(guī)?；a(chǎn)的需要，已有很多輕質(zhì)材料應(yīng)用于車身制造工業(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(shè)計(jì)等方法對(duì)車身進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減小車身骨架和車身鋼板的質(zhì)量．以上兩種途徑是相輔相成的，必須采取材料替換與結(jié)構(gòu)改進(jìn)相結(jié)合的方法，才可能在保證汽車整體質(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。
　　
　　汽車底盤是汽車的支撐部分．它保證了汽車的堅(jiān)固性，通過減震從而幫助提高汽車的撞擊阻力．在衡量汽車內(nèi)的噪音、振動(dòng)水平(NVH)的數(shù)值中，底盤也是非常重要．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(hù)。所以相對(duì)于電動(dòng)車而言，它需要有經(jīng)驗(yàn)化底盤設(shè)計(jì)。
　　
　　不同于傳統(tǒng)汽車，它以滿足動(dòng)力電池、電機(jī)、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，滿足未來電動(dòng)汽車的發(fā)展要求。
　　
　　隨著國內(nèi)外電動(dòng)汽車的發(fā)展，其他輕量化新材料和新技術(shù)的應(yīng)用也逐漸多了起來并趨于成熟（見表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(shè)計(jì)；
　　
　　(3)門模塊；
　　
　　(4)后尾門模塊；
　　
　　(5)整車玻璃塑料化；
　　
　　(6)高度度鋼的應(yīng)用比例逐漸增加；
　　
　　(7)熱壓成型新工藝的應(yīng)用；
　　
　　(8)液壓成型；
　　
　　(9)激光拼焊；
　　
　　(10)鋁鎂合金零部件的應(yīng)用逐漸增多。

　　2、輕量化工作的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
　　
　　新能源汽車行業(yè)正處在一個(gè)快速發(fā)展的階段，中國和全部汽車集團(tuán)的差距在新能源汽車領(lǐng)域的表現(xiàn)并不像傳統(tǒng)燃油車那么巨大，大部分都處在同一起跑線上，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優(yōu)異技術(shù)。但如果不抓住未來的5～10年時(shí)間，將會(huì)在新能源汽車領(lǐng)域的差距再次被全部汽車集團(tuán)拉大，中國汽車業(yè)將失去這一歷史機(jī)遇。電動(dòng)汽車作為未來5～10年發(fā)展的要點(diǎn)，輕量化技術(shù)的應(yīng)用將越來越受到重視。
　　
　　目前國內(nèi)所有汽車廠，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(biāo)，但也存在一些問題，筆者認(rèn)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(xiàn):零部件設(shè)計(jì)開發(fā)及試驗(yàn)?zāi)芰?；在材料開發(fā)、模具制造、工藝設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用成熟度方面差距明顯;目前多數(shù)輕量化新材料和新技術(shù)的研究多數(shù)都是國外的成果，國內(nèi)缺少原始的參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，只能將零部件拿到國外的公司設(shè)計(jì)開發(fā)，模具和工藝設(shè)備基本靠進(jìn)口，模具和工藝設(shè)備的制造能力目前國內(nèi)落后全部很多．這就導(dǎo)致了國內(nèi)輕量化技術(shù)的應(yīng)用成本增加，投入資金變大．目前，全部上全鋁車身、模塊化設(shè)計(jì)、塑料翼子板、熱壓成型高度度鋼的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，也有不少成功應(yīng)用的車型，而國內(nèi)自主開發(fā)應(yīng)用的車型卻寥寥可數(shù)。所以需要國家相關(guān)部門的關(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(shè)備制造水平上實(shí)現(xiàn)國內(nèi)自主開發(fā)、生產(chǎn)。
　　
　　2.2、輕量化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化問題
　　
　　主要表現(xiàn):一些先進(jìn)輕量化技術(shù)只能在國外生產(chǎn)和制造，國內(nèi)受設(shè)計(jì)能力、模具制造能力、以及設(shè)備，資金的限制，尚無一家具備生產(chǎn)能力;無法實(shí)現(xiàn)國內(nèi)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)部門的關(guān)注和推動(dòng)整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與建設(shè)．只有整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化，我們的民族汽車工業(yè)才能不受制于人，同時(shí)減低電動(dòng)車的成本，推動(dòng)整個(gè)電動(dòng)汽車行業(yè)的健康發(fā)展。
　　
　　2.3、輕量化技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)
　　
　　新能源汽車是高新技術(shù)密集型產(chǎn)品，設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，以便更好的適應(yīng)和推動(dòng)行業(yè)的健康發(fā)展．目前一場沒有硝煙的標(biāo)準(zhǔn)化爭奪戰(zhàn)已經(jīng)打響，知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)刻不容緩的擺在國內(nèi)企業(yè)的面前．失去標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)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(xùn)已經(jīng)足夠深刻。所幸的是目前國內(nèi)也十分重視電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)，許多科研單位和企業(yè)在開展電動(dòng)汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，也在積較學(xué)習(xí)和借鑒國外電動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)的成果和經(jīng)驗(yàn)．積較開展我們自己的電動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)化工作有利于我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　
　　國家相關(guān)部門應(yīng)要點(diǎn)關(guān)注和推進(jìn)完善標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的制訂力度和完善各企業(yè)間地合作，切實(shí)加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)對(duì)行業(yè)的指導(dǎo)作用，爭取在短時(shí)間內(nèi)基本建立起與產(chǎn)業(yè)發(fā)展和能源規(guī)劃相適應(yīng)的節(jié)能與新能源汽車標(biāo)準(zhǔn)體系；同時(shí)積較參與全部合作，在全部標(biāo)準(zhǔn)爭奪戰(zhàn)中取得有利地位。
　　
　　本文列舉在以PC為材料的塑料車窗技術(shù)應(yīng)用研究方面的情況，要點(diǎn)探討了塑料車窗在國內(nèi)的應(yīng)用前景和需進(jìn)一步解決的問題。
　　
　　3、PC視窗技術(shù)發(fā)展
　　
　　聚碳酸酯簡稱PC，是一種無定型、無臭、無害、高度透明的無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(jī)械性能，蠕變性小，尺寸穩(wěn)定;良好的耐熱性和耐低溫性，無明顯熔點(diǎn)，在220～230℃呈熔融狀態(tài);由于分子鏈剛性大，樹脂熔體黏度大;吸水率、收縮率小，尺寸精度高，尺寸穩(wěn)定性好，薄膜透氣性小;屬自熄性材料;對(duì)光穩(wěn)定，但不耐紫外光;耐油、耐酸，不耐強(qiáng)堿、氧化性酸及胺、酮類，溶于氯化烴類和芳香族溶劑，長期在水中易引起水解和開裂．它的缺點(diǎn)是因舒緩勞累強(qiáng)度差，容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂，抗溶劑性差，耐磨性欠佳．通過改性和鍍層后可應(yīng)用于汽車車窗，它在未來10年的主要應(yīng)用是:天窗，固定車窗(除前風(fēng)擋)，車身面板等(見圖1);聚碳酸酯作為汽車車窗應(yīng)用的需求量預(yù)期到了2018年將達(dá)到約100kt．目前比較成熟的塑料車窗開發(fā)流程為:構(gòu)思→設(shè)計(jì)理念→材料選擇→產(chǎn)品設(shè)計(jì)→技術(shù)開發(fā)→模具設(shè)計(jì)→注塑成型→涂層→成品。
　　
　　如圖1所示，因?yàn)榍帮L(fēng)擋法規(guī)和安全性的要求，目前，前風(fēng)擋在現(xiàn)有技術(shù)水平下還無法應(yīng)用;前三角窗和前車門玻璃因?yàn)槟湍バ砸蠛婉{駛員的視野要求等，正在研發(fā);市場已經(jīng)有所應(yīng)用的，主要是車體后半部的車窗和固定車窗以及全景天窗等。相對(duì)于無機(jī)玻璃，聚碳酸酯PC玻璃具有以下優(yōu)勢:
　　
　　(1)設(shè)計(jì)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，可降低整車重心，減少二氧化碳排放;聚碳酸酯比重為1．2g/cm3;無機(jī)玻璃比重為2．5g/cm3，理論減重50%，實(shí)際應(yīng)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。

　　　隨著產(chǎn)品性能和制造工藝的不斷完善，塑料車窗正在向著模塊化的方向發(fā)展（見圖2）。圖2中的全景塑料天窗采取模塊化設(shè)計(jì)，集成了剎車指示燈、室內(nèi)照明燈、線束、天線等都有所體現(xiàn)，設(shè)計(jì)自由度高，可以充分發(fā)揮塑料車窗的優(yōu)勢。當(dāng)然PC也存在一定的不足：
　　
　　(1)耐候性不如無機(jī)玻璃；
　　
　　(2)耐磨、耐刮擦性不如無機(jī)玻璃；
　　
　　(3)拉伸模量與無機(jī)玻璃區(qū)別明顯。
　　
　　針對(duì)PC的這些缺點(diǎn)，一方面可以通過與其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系物共聚、均聚、共混來克服；一方面需要優(yōu)化模具和工藝設(shè)計(jì)；另外針對(duì)耐候性和耐磨性的不足，需要合適的涂層技術(shù)。但國內(nèi)較缺乏的就是涂層技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。目前效果較好的是濕涂層技術(shù)，通過它的處理，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(yīng)用已經(jīng)在國外得到證實(shí)和實(shí)車應(yīng)用，車窗玻璃可實(shí)現(xiàn)減重40%。
　　
　　4、塑料車窗性能研究
　　
　　4.1、材料性能
　　
　　本次研究樣品以后風(fēng)擋為對(duì)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(jié)果見表2。

　　因?yàn)榫厶妓狨プ陨泶嬖诘哪凸尾梁湍秃蛐圆蛔?，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。
　　
　　通過在中國國內(nèi)的市場調(diào)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(jī)等設(shè)備國內(nèi)僅少數(shù)幾家具備一定的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力;較新型的注塑工藝為旋轉(zhuǎn)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(nèi)目前還沒有這項(xiàng)工藝．實(shí)際應(yīng)用和本次測試的塑料車窗都是帶涂層的產(chǎn)品．
　　
　　4.2、產(chǎn)品性能
　　
　　后風(fēng)擋因?yàn)橛谐F的要求，所以塑料車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?yàn)槠溆猛九c傳統(tǒng)玻璃是一致的，所以車窗玻璃的大部分性能要求，塑料車窗也必須滿足，只是具體的標(biāo)準(zhǔn)還需大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)提供參考．塑料車窗基本性能要求包括:人頭模型沖擊試驗(yàn)、落球試驗(yàn)、霰袋沖擊試驗(yàn)、磨損試驗(yàn)、抗穿透試驗(yàn)、防火試驗(yàn)、耐濕性、耐熱試驗(yàn)、耐化學(xué)性試驗(yàn)、耐候性、透射比、光畸變等。
　　
　　通過試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)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(tǒng)玻璃相比光學(xué)性能優(yōu)越，透光率達(dá)到90%以上；落球試驗(yàn)和霰袋沖擊試驗(yàn)結(jié)果沒有差異，且PC后風(fēng)擋同時(shí)也滿足人頭模型沖擊試驗(yàn)和抗穿透試驗(yàn);PC后風(fēng)擋機(jī)械性能優(yōu)于傳統(tǒng)玻璃；但其抗磨性能和耐輻照性能較傳統(tǒng)玻璃較差。當(dāng)然我們是沿用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方案進(jìn)行分析的，通過整個(gè)過程我們也感到直接套用現(xiàn)有傳統(tǒng)玻璃的性能要求和試驗(yàn)方法，并不完全適合塑料車窗。所以需要通過大量的數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法；同時(shí)也必須從塑料車窗產(chǎn)品性能本身出發(fā)繼續(xù)改善其自身的耐磨性和耐候性，才能推動(dòng)塑料車窗的實(shí)際應(yīng)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、過電壓、加熱絲消耗功率、溫度性能、不透明率、融化效率、插片強(qiáng)度、加熱絲插片抗彎曲試驗(yàn)、電熱耐久性等要求。
　　
　　通過整個(gè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PC塑料后風(fēng)擋因?yàn)樗芰系膶?dǎo)熱性較傳統(tǒng)玻璃差，塑料玻璃與電阻絲的結(jié)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(tǒng)玻璃，而消耗功率低導(dǎo)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(dá)到理想的除霜效果，其消耗功率應(yīng)在不影響整車功率的條件下高于傳統(tǒng)玻璃的要求，但需要考慮與整車電源功率匹配。
　　
　　圖3所示為我們對(duì)帶加熱絲的后風(fēng)擋進(jìn)行除霜除霧試驗(yàn)時(shí)的情況。試驗(yàn)過程中主表面溫度為32．8℃，兩側(cè)插片附件溫度為56.4℃。因?yàn)樗芰蠈?dǎo)熱性較傳統(tǒng)玻璃差，所以除霜除霧性能有待提高。

　　5、結(jié)束語
　　
　　輕量化是新能源汽車發(fā)展的必然要求，前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新材料、新工藝，新技術(shù)的開發(fā)需要上游材料廠、整車廠、零部件企業(yè)及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)發(fā)展與協(xié)作，也特別需要國家相關(guān)政策法規(guī)的引導(dǎo)和支持。
　　
　　作為整車輕量化的一個(gè)手段，塑料車窗的應(yīng)用前景廣闊。鑒于試驗(yàn)條件的局限性，較終結(jié)果不免存在一定誤差，但是通過本次試驗(yàn)，已經(jīng)可以初步獲得以下幾點(diǎn)結(jié)果。
　　
　　(1)塑料車窗在新能源汽車上可應(yīng)用零部件:全景天窗、后風(fēng)擋玻璃、側(cè)固定車窗，整體較傳統(tǒng)鋼化玻璃實(shí)際應(yīng)用中減重效果為30%～40%；單件成本需要較終國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化后確認(rèn)。
　　
　　(2)塑料車窗的應(yīng)用主要存在三個(gè)問題:標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法的建立問題、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)問題、成本問題．這三方面問題應(yīng)加以打破和發(fā)展，塑料車窗必像汽車大燈一樣，迎來快速發(fā)展。
　　
　　(3)塑料車窗的耐磨性和耐候性是主要存在的兩個(gè)難點(diǎn)，還需依賴涂層技術(shù)的發(fā)展，以滿足車窗的耐候和耐刮擦等性能要求；國內(nèi)應(yīng)該加強(qiáng)涂層技術(shù)研究，不斷改善和提高塑料車窗的耐磨性和耐候性。
　　
　　(4)塑料車窗的除霜除霧功能還需加強(qiáng)研究和改善性能。
　　
　　(5)目前塑料車窗實(shí)際應(yīng)用過程中面臨無標(biāo)準(zhǔn)可依的問題，照搬傳統(tǒng)玻璃的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法顯然不完全適合塑料車窗。如何確定適合塑料車窗的統(tǒng)一的要求和試驗(yàn)方法急需相關(guān)部門和企業(yè)共同制定完善。并且后期塑料車窗3C認(rèn)證問題也需盡快解決。
　　
　　(6)通過研究，我們認(rèn)為塑料車窗現(xiàn)階段比較適合B柱之后的固定車窗，特別適合造型復(fù)雜、自由度高的設(shè)計(jì)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)零部件的集成模塊化，這樣雖然塑料車窗單件成本提高了，但通過減少零部件的數(shù)量，整車成本仍可得到較好控制，從而推動(dòng)塑料車窗的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)整車輕量化目的。
　　
　　模塊可靈活構(gòu)成不同的有經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰Γ采w該有經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰Φ乃心K農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系地組合成本有經(jīng)驗(yàn)的模塊化教學(xué)體系，較終構(gòu)建成模塊化人才培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)學(xué)生有經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰?、綜合素質(zhì)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(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(gòu)建適合各有經(jīng)驗(yàn)特點(diǎn)的模塊化教學(xué)模式，才能提高應(yīng)用型高等院校教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出社會(huì)所需的高質(zhì)量的工程應(yīng)用型有經(jīng)驗(yàn)人才。