構建新常態理念驅動可持續發展汽車綠塑創新解決方案

張友根

(上海浦東新區，上海 21200)

構建新常態理念驅動可持續發展汽車綠塑創新解決方案

張友根

(上海浦東新區，上海 21200)

提出了構建新常態驅動理念可持續發展汽車綠塑創新解決方案的內涵，研究了構建7個專業化領域的專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案，研究了構建成型加工設備制造商的客制化服務型理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案，研究了構建汽車注射成型創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案，研究了構建石墨烯電池創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案，指出中國汽車工業必須在綠塑創新上有所創造，實現汽車第三次工業革命。

汽車；新常態；綠塑創新；研究

我國汽車產業自主化的汽車綠塑創新解決方案的成效不大。新常態理念是驅動可持續發展汽車綠塑創新解決方案的“綱”，創新可持續發展汽車綠塑創新解決方案的新常態理念，才能深化汽車綠塑創新驅動解決方案，才能實現汽車“中國制造 2025”。本文提出了構建新常態驅動理念可持續發展汽車綠塑創新解決方案的內涵，研究了構建7個專業化領域的專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案，研究了構建成型加工設備制造商的客制化服務型理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案，研究了構建汽車注射成型創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案，研究了構建石墨烯電池創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案，指出中國汽車工業必須在綠塑創新上有所創造，實現汽車第三次工業革命。

1 構建新常態理念驅動可持續發展汽車綠塑創新解決方案的內涵[1]

國內汽車行業傳統的發展理念制約了汽車綠塑創新解決方案的可持續發展。國內從事零部件制造的不了解汽車具體零部件的性能、功能；從事設備制造的不了解汽車零部件綠色發展的內涵；從事高分子原料開發的不了解汽車具體零部件塑化及其性能；從事整車制造的不了解高分子材料、加工設備等綠色技術水平；這種現實狀況，造成汽車產業鏈上各個環節綠塑創新無目標、無方向、無措施的局面，綠塑解決方案基本上仿制，綠塑新原材料、新成型加工工藝的裝備等基本上來自工業發達國家。汽車綠塑只能跟在人家后面，人云我云，難以自主綠塑創新及形成全套綠塑創新解決方案。

補“短板”揚“長板”的共創可持續發展汽車綠塑創新解決方案的新常態理念。汽車研究機構、汽車制造商、汽車零件供應商、汽車高分子原才料研究機構、生產商，汽車模具制造商、汽車塑料成型加工設備制造商、汽車銷售商等聯合為一體，組成緊密的產業聯盟，變各自為政互相牽手補“短板”揚“長板”，共同開發從原料到制品回收利用的整個生命周期的全套綠色創新解決方案。

實現汽車件“現實需求”“潛在需求”的綠塑性能和功能為創新可持續發展汽車綠塑創新解決方案的新常態理念。汽車制造鏈的各個環節，應了解和掌握自己產品的“現實需求”“潛在需求”的綠塑性能和功能，制定全套解決方案，實現產品的創新。

多元山寨化轉型專業自主化創新驅動可持續發展汽車綠塑創新解決方案的新常態理念。國內較多汽車零部件制造企業走多元化上規模，而不是專注創新，能制造種類齊全的產品，但技術先進并自主開發的產品很少，眾多核心技術來自歐、美、日本。專注于某一個領域，綠塑創新越做越深，并且無法替代。日本一個生產汽車軸承的一百來人公司，服務的客戶卻是豐田、本田、鈴木這些大名鼎鼎的公司，公司認為光軸承需要研究的東西就太多了，幾代人都研究不透，哪有精力再去做別的？

安全健康化、生態環保化、力學性能增強化、生產降耗清潔化、性價比科學化“五化”原則實施汽車輕量化的可持續發展汽車綠塑創新解決方案的新常態理念。以前輕量化，偏重于以塑代鋼（金屬）的輕量化，忽視了“五化”，顯示不出綠塑取得的提高汽車性能的效果。例如，汽車保險杠的功能是“保險”，其力學性能必須達到保險的性能，國內用PP、ABS塑料取代鋼板成型的保險杠，力學性能達不到保險的要求，改變了保險杠的功能，變成了裝飾件，降低了汽車的安全性，不符合綠塑輕量化的要求。寶馬公司采用碳纖維復合材料成型加工保險杠的解決方案，碳纖維復合材料的保險杠的力學性能大幅高于鋼板件，并且研發了經濟型加工技術及回收技術，達到綠塑輕量化的效果。

2 構建專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

專業化聯盟是構建汽車工業綠色經濟、循環經濟、低碳經濟、生態經濟、環境經濟、能源經濟等“新常態”的可持續發展的綠塑創新解決方案的組織模式。

專業化聯盟是社會服務汽車工程發展商的專業化部門與汽車制造商企業之間為綠塑創新同一生產任務而建立的橫向聯系，適應汽車綠塑零部件綠色細分化的發展。專業化把產品及其生產分解為各個相對獨立的綠塑創新單元，而聯盟又把分解了的各個單元聯結成為綠塑創新解決方案的有機整體。

專業化聯盟促使現代汽車工業生產中相互依存的關系不斷發展，提高和拓展綠塑持續創新的發展空間。發展專業化聯盟，有利于擴大生產批量、提高經濟效益；有利于提高產品質量、降低生產成本；有利于集中治理環境污染、改善勞動條件。

專業化聯盟可持續發展綠塑創新解決方案把生態保護準則列人優先考慮的位置。盡量降低在生產和使用過程中的資源使用，提高資源利用率；保證在生產和使用過程中對環境無污染，減少健康安全風險；謀求在生產過程中的廢料最小化，實現廢料的再循環；產品報廢后易于處置、自然分解和生物降解。

專業化聯盟以成型加工一定的綠塑創新的最終產品為目標，發揮社會化的綠塑創新驅動的優勢，聯盟協作提高產品的綠塑創新的技術含量。專業化聯盟有利于采用先進技術和高效率的設備。汽車制造主機廠只承擔裝配和少量關鍵部件的生產。

專業化聯盟內容主要包括4個方面：

原材料、技術、裝備、工藝等綠色創新專業化聯盟。以綠色“現實需求”、“潛在需求”為指引，由創新主體集協作方，組成創新體，發揮各自綠色創新優勢，研發全套解決方案，風險共負，利益共享。

制造專業化聯盟。零部件制造商和汽車制造商組成制造專業化聯盟，把同類零部件集中起來，實現綠色化及持續提高綠色技術含量，采用綠色原材料、綠色工藝進行綠色制造，雙方共同推進零部件綠色技術含量，不同于傳統的汽車制造商被動采購零部件制造商生產的標準件、通用件。

工藝創新專業化聯盟。按生產工藝分解并實現綠色工藝，并把同類工藝集中起來組織專業化生產，如黏結、焊接、鑄造等工藝。

技術后方服務專業化聯盟。以專門完成某種技術后方服務工作的專業化協作，如工模具制造、設備維修、物流、回收處理等。

軟件專業化聯盟。實現智能化制造的智慧型汽車制造企業，軟件的研發必須和軟件研發商實現專業化聯盟才能實現；軟件研發商和汽車制造企業實現專業化聯盟，軟件才具有科學實用性。

專業化聯盟按其范圍劃分，有部門（或行業）內部和跨部門（或行業之間）專業化聯盟，有區域內或區域之間、以及跨國之間專業化聯盟等。

2.1 構建綠色高分子原材料開發領域專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案[2]

綠色高分子原材料綠塑創新首要性能是安全健康化。安全健康化塑料指原料的合成、加工、制品的成型、應用、后處理、廢棄物處理及利用的整個壽命周期不得釋放有損生態環境、健康安全的物質，或其排放的有害物質可處理和在可控范圍之內，不影響生態環境。

塑料原料開發商具有開發高分子原料解決方案的“長板”，但如何使高分子原料的性能和功能符合汽車綠塑“潛在需求”，這是“短板”；汽車制造商具有汽車綠塑發展方案內涵的具體要求的“長板”，但對使用何種高分子原料實現綠塑零部件，這是“短板”。所以，汽車塑料原料開發商和汽車制造商兩者實現聯盟，以對方“長板”補自己“短板”，深化“長板”，才能實現并可持續發展全套綠塑創新驅動的解決方案。通用、陶氏、巴斯夫等國際上著名汽車塑料原料領域具有不可動搖的話語權，領跑汽車高分子材料的發展，都是長期和汽車制造商合作，了解和掌握汽車零部件綠塑性能和功能的“潛在需求”，研發功能化、專用化的高分子復合原料，同時促進本行業的高分子原料的創新而取得的成果。

汽車塑料原料開發商成為全套綠塑創新解決方案的先驅。原料供應商主動式服務于汽車塑料工程，制定和實施全套解決方案，推廣綠色創新的新材料，為綠色創新的解決方案提供實現的基礎，同時也為本企業的發展取得了新的增長點。原料供應商走功能化、專用化的生產途徑，制定長遠的發展 目標和品牌戰略，實現市場資源、技術資源以及企業間的整合，最終獲得規模優勢。例如杜邦工程塑料在汽車上的應用包括動力總成、燃油供給、底盤、車身內外飾件、空調、電子、電氣等系統。陶氏汽車系統定位于專為中高量產汽車市場提供全面的解決方案，推出了旨在提供復合材料解決方案的產品系列，能夠進一步促進輕量化復合材料技術在汽車市場的應用。拜耳材料科技自視為國際汽車產業的研發合作伙伴，汽車玻璃團隊專家其服務范圍包括整個汽車玻璃的整個加工鏈，以及汽車玻璃的風力載荷、碰撞等力學性能試驗和研究，可獨立為未來汽車提供創新動力。由美國杜邦公司的工程技術人員研制，名為“戴爾瑞ST”的新塑料，這種工程塑料能代替玻璃和金屬的耐高溫和高強度耐磨，是一種把硫基單位結合進塑料聚合體長鏈中的一種新型材料，有著驚人的耐高溫特性和抗酸石腐刨性，與金屬材料相比有許多優點：容易加工；具有突出耐磨、耐腐蝕性；質量輕，比重約1.0～1.4，比鋁輕一半，比鋼輕3/4；比強度高；絕緣性能好；節約能源等，可以用來制造汽車軸承、塑料汽車發動機、齒輪等許多耐磨損零部件，可以經過模壓一次成型，大大減小了加工時間和成本。

2.2 構建汽車級碳纖維復合材料開發及應用領域專業化聯盟理念驅動持續發展綠塑創新解決方案[3]

碳纖維復合材料應用于汽車具有劃時代的革命，主要可應用于發動機罩、翼子板、車頂、行李箱、門板、底盤等零部件,實現汽車比強度、比剛度高的高分子復合材料的環保輕量化。

開發汽車級碳纖維分復合材料及其應用技術是汽車綠塑創新的主要任務。碳纖維復合材料生產商融入汽車領域，汽車制造商應用碳纖維于綠塑汽車，兩者之間必須結成聯盟，開發汽車級性價比的碳纖維，開發適合不同汽車件實現碳纖維化的成型加工的碳纖維及其復合材料，開發碳纖維化的汽車零部件。

日本碳纖維復合材料應用于汽車工業的綠塑創新驅動處于國際領先地位，形成產業聯盟是關鍵。日本是世界上碳纖維開發最早、應用最成功、應用面最廣的國家，其中主要的經驗是，碳纖維生產企業以自己為價值鏈的聯系紐帶，實現從原絲到下游復合材料一體化的配套生產體制，組合碳纖維復合材料應用的企業、行業，注重與下游企業合作，共同對碳纖維復合材料“潛在需求”的構件，制定和實施全套解決方案，推動碳纖維復合材料在汽車領域的應用，日本碳纖維生產商和歐美的主要汽車生產商紛紛結成聯盟，謀求共同發展。東邦與美國通用自2011年起就展開了穩定的合作關系，并出資建立了復合材料應用中心，開發碳纖維及其在汽車上的應用。三菱麗陽則與寶馬和西格里集團三方合作, 2014年寶馬i3系列純電動車BMW MegacityVehicle在全球正式上市，為碳纖維產品在通用汽車領域的商業化普及應用邁出了重要的一步。這款車的市場表現，將在很大程度上決定未來10年碳纖維復合材料在通用汽車領域的發展方向。

美國的陶氏化學汽車系統業務部與福特汽車在汽車級碳纖維應用的解決方案領域緊密聯盟，共建研發團隊，致力于研發高性能和低成本的汽車級碳纖維及應用技術的開發，創新實現大批量成型汽車碳纖維零部件的制造工藝。

以熱塑性塑料為基體、短碳纖維為增強分散質。碳纖維增強熱塑性塑料易于成型加工及回收循環應用，強度與剛性高，蠕變小，熱穩定性高，線膨脹系數小，減摩耐磨，不損傷磨件，阻尼特性優良。近年來，以熱塑性樹脂為基體的纖維增強熱塑性復合材料發展迅猛。2013年10月，帝人公司宣布推出P系列熱塑性顆粒材料適用于復雜部件的注塑成型。2013年10月，東麗公司宣布推出新的碳纖維增強的聚苯硫醚（PPS）熱塑性注塑顆粒材料，該材料改進了碳纖維和PPS塑料接觸面的黏結性，提高了抗拉強度，使用該材料制備CFRTP部件，其抗拉強度與鋁鑄件相當，質量卻輕了近45%。

國內碳纖維應用于汽車的進展緩慢，成型加工工藝落后，其主要原因還是碳纖維生產商和汽車領域，汽車制造商兩者之間沒有結成聯盟，沒有深入研究汽車級碳纖維開發及應用技術，寄希望于吃“現成飯”。

強碳纖維復合材料性能重點研究下述方面：碳纖維復合材料性能與基體塑料之間的關系；碳纖維填充率與碳纖維復合材料性能之間的關系；碳纖維長度與碳纖維復合材料性能之間的關系；碳纖維分布率及去向與碳纖維復合材料件性能之間的關系；成型工藝與碳纖維分布率及去向之間的關系；復合填充與碳纖維復合材料性能之間的關系。

2.3 構建黏接領域專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

美國的陶氏化學汽車系統業務部與汽車零件制造商阿斯頓.馬丁公司在汽車零件膠黏解決方案領域緊密聯盟，根據阿斯頓?馬丁公司的汽車零件膠黏的解決方案，提供創新的膠黏劑及工藝方案，如BETAMATE?和BETAFORCE?結構膠，幫助其在使用不同基材連接車身結構時，為車輛創造更高安全性以及更優異的耐用性、駕駛和操作特性，同時改善燃油經濟性，減少二氧化碳排放量。在2016年4月的北京國際車展期間，阿斯頓?馬丁推出了其榮耀DB系列的最新力作——阿斯頓?馬丁DB11車型。DB11采用了陶氏汽車系統業務部為其訂制的一款特殊的BETAMATE?結構膠，能夠有效黏合經陽極電鍍的鋁材，使車身在減重多達39 kg的情況下，反而具備更好的碰撞性能和耐用性。同時，該結構膠吸收更少水分，可使DB11省去陽極氧化的干燥過程，顯著減少能源消耗。

漢高公司推出的樂泰?3038是一種專為連接難黏基層(包括不同熱膨脹系數的材料)而設計的新型不含甲基丙烯酸甲酯的雙組分結構丙烯酸酯的綠色黏合劑。其黏結強度值可超越玻璃纖維增強聚烯烴材料所能承載的最大限度，也不需要任何耗時或昂貴的預處理，如火焰處理，蝕刻、電暈或等離子處理等，便可達到零件的強度標準。對于電子涂層鋼和輕質低能耗材料，如PP、PE和PBT具有很強的黏合力。對沖擊載荷具有很強的抗沖擊能力。減少并分散黏結件的局部應力集中。樂泰?3038無需機械或熱緊固方面的設計考慮，在零部件特性和美學方面賦予了工程師產品設計的更大自由度。到目前為止，樂泰?3038已被應用于眾多領先的汽車品牌之中，如寶馬7系列等。

2.4 構建歧管領域專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

通用電氣公司塑料部、CMI國際公司聯合和通用汽車公司、克萊斯勒汽車公司在汽車進氣歧管領域綠塑解決方案領域緊密聯盟。根據進氣歧管綠塑功能和性能，采用玻璃增強的PPS與尼龍和其他工程樹脂的合金為原料，注塑成型進氣歧管，取代鑄造成型的鋁制進氣歧管，具有優異的綠塑性能：①提高壽命周期：增強PPS制進氣歧管的耐久性高于或等于鋁制歧管；②節約能耗和資源：注塑進氣歧管，內表面光滑、阻力小，降低了能耗，可采用體積尺寸較小的歧管，節約了資源，擴大了空間；③提高了輕量化率：塑料進氣歧管質量為2.3～3.6 kg同比于質量4.5～7.3 kg的壓鑄鋁制歧管，質量降低了約50%；④提高能源利用效率：塑料導熱性較低、低溫空氣密度較大，可提高空氣燃料混合比，從而提高發動機的效率；⑤實現綠色制造：注塑成型進氣歧管為清潔化的一步成型，不需易產生環境污染的鑄造成型及成形后還需后續精加工，同時成型費用也較低。

2.5 構建傳動軸領域專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

通用汽車公司和杰恩伯格工業公司在汽車發動機傳動軸領域綠塑解決方案領域緊密聯盟，研制一種玻璃增強PPS與鋼的復合材料汽車工業用凸輪軸，兼具耐高溫(260℃)、尺寸穩定和耐化學品的綜合性能，同比鋼軸的發動機噪音低，制造時間由幾小時降低到40 s。

2.6 構建照明領域專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

Solvay Advanced Polymers開發的聚醚砜（PES）用來替代金屬化聚醚酰亞胺（PEI）為的是降低汽車照明頭燈的成本。工程師設計在205℃下使用的Redel LTG-3000 PES與通常用于照明的PEI具有更高的耐熱溫度、更好抗沖性能和更高的熔體流動性。其抗沖性能比PEI提高了50%，流動性增加了33%，把壁厚降低至少25%，從而降低成本。

富強鑫公司開發了應用于包括中大型多數色車燈一步成型的注塑機及BMC燈殼專用注塑機，單缸油壓式自動供料裝置，實現穩定的進料功能； FCS-2100型控制器，實現精確的料溫及模溫控制；配置雙ACC蓄能器射出裝置，實現瞬間高速能量和高速射出成型。

2.7 構建結構件領域專業化聯盟理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

巴斯夫與汽車領域的客戶在汽車車身和底盤領域綠塑解決方案領域緊密聯盟，開發出用連續纖維增強熱塑性復合材料生產車身和底盤的UltracomTM成套技術解決方案，該方案包括連續纖維增強熱塑性塑料半成品，配混料以及工程技術支持。新方案核心是采用巴斯夫Ultramid?聚酰胺或Ultradur?PBT熱塑性樹脂浸潤的機織布和單向帶預浸料制成的層壓材料。這些預浸料是通過與TenCate和歐文斯科寧共同合作開發的。Ultracom方案的的第二個組成部分是為這些層壓產品所開發的覆膜材料（overmoulding materials）。這些材料是Ultramid和Ultradur系列的配混料。通過與層壓材料與預浸料帶的配合使用，就可以注射成型具有高機械性能的復雜零部件（在指定的確切位置使用連續纖維），同時通過覆膜成型讓零件具備特種的綠色性能和功能。

3 構建成型加工設備制造商的客制化服務型理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

客制化服務型內涵以汽車件綠色“現實需求”“潛在需求”為中心，整合生態環境保護原則與科學的有效的現代科學技術集成，在制品設計、原料、設備、成型工藝、物流、后處理、回收利用等生命周期的各個環節，根據生態環境價值并利用現代科技的全部潛力，以現代能源技術、材料技術、生物技術、污染治理技術、資源回收技術、環境監測技術、清潔生產技術、網絡技術、數字技術等科學技術為指導，以先進的生態環境標準為準繩，預先防止對生態、環境、能耗、資源、清潔等產生負作用，作在線無縫結合的全套解決方案，創新創造新材料、新技術、新設備、新工藝、新檢測儀器，提供從原料、設備、成型加工技術、技術培訓等的成套技術服務的交鑰匙工程的全套解決方案，實現從根本上保護生態環境、防止污染、節約資源和能源，最終達到對資源和能源的最大利用、環境污染和排放的最小化，引領汽車“新常態”可持續發展。

汽車綠塑量化的持續發展，汽車零部件綠塑的特殊性，綠塑成型加工設備逐漸從通用成型加工設備中分離出來，發展為功能化、專業化、專用化的汽車領域的成型加工設備及技術。適應汽車的綠塑發展，國內外有關塑料機械制造公司積極從事綠色汽車綠塑零部件成型設備的開發，并成立專業研究部門，與汽車制造商密切配合，根據汽車塑料件、汽車塑料原料的發展，對設備、模具、成型工藝等持續創新。

3.1 構建成型加工設備制造商客制化被動服務型理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

客制化被動型服務型的成型加工設備制造商對綠色成型加工設備得研發具有一套成熟的解決方案，但對汽車塑化零部件的發展及成型加工缺乏解決方案，只能根據汽車制造商的要求研發功能化、專業化、專用化成型加工設備及技術，并賦予成型加工設備及技術的綠色內涵，實現綠色成型加工。國內的成型加工設備制造商不懂塑料原料及成型工藝，難以獨立擔當“潛在需求”的全套解決方案，都為被動型服務型，處在汽車件成型加工解決方案的價值鏈的低端。

2015 年3 月24 日，海天塑機為東風雷諾汽車有限公司定制的第一套JU33000II 綜合注射成型系統(“風雷一號”)完成調試，并正式投入批量化生產。JU33000II 綜合注射成型系統是海天根據東風雷諾汽車有限公司項目需求，全新打造的綜合自動化汽車飾件成型生產線。集注塑系統、取出系統、供料系統、水循環系統、自動換模、自動預熱系統、水電油路自動接插、機械手治具自動交換等系統于一體。該套設備采用特殊的雙螺桿設計，可在一臺設備上同時滿足保險杠、后備門、翼子板等不同原料制品的生產需要。該自動化成型系統適應性強，響應迅速，可實現全程無需人工干預的高度自動化生產。可切換的雙注射單元結構，能根據注塑工廠的生產操作計劃，自動轉換，并與供料系統、計量設備同步；面向不同材料類型，不同產品類型，不同尺寸規格的汽車飾件制品，實現多品種，小批量，快切換的混線生產。

寧波永生塑料機械有限公司與比亞迪汽車股份有限公司合作，聯合研發專用注塑設備。泰瑞公司根據汽車零部件的型腔面十分復雜的特殊性，配置一些特殊的功能程序：如多組抽芯功能、時序控制功能、注塑機配套換模裝置功能、配套取件機械手裝置功能等等，這些特殊功能在生產汽車塑料零部件中優勢十分明顯。

3.2 構建成型加工設備制造商客制化主動服務型理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

客制化主動型服務的成型加工設備制造商，在長期與汽車制造商合作進程中，由被動型變為主導型，在汽車件的綠塑創新驅動的“現實需求”和“潛在需求”上具有話語權，創新研發的功能化、專業化、專用化成型加工設備及技術成為汽車件制造商實現汽車件綠塑創新驅動的關鍵裝備，成為汽車制造鏈上的關鍵節點。客制化主動型服務的成型加工設備商都為國際上知名的成型加工設備制造商，處在汽車件成型加工解決方案的價值鏈的高端，主導綠塑汽車件的持續發展。

MuCell 微發泡注塑是一項革新的精密注塑技術，可顯著減輕制件的重量、縮短成型周期，并極大地改善了制件的翹曲變形和尺寸穩定性。Engel公司開拓MuCell微孔發泡汽車注塑機，生產內飾件、發泡結構件、高度拋光組件，使得汽車內飾件注塑成型壁厚1mm成為可能，同時可減少高達20%的組件重量，從而明顯減少碳足跡。用于制造汽車內外飾件的Duo 600 pico機器，其產品設計注重能耗及速度，不僅能縮短循環周期，相應提高產能、降低能耗，直接減低成本，保證了產品在市場上的競爭力。

住友德馬格專注于能發揮設備最大優勢并給客戶提供最大利益的汽車優勢行業，專注于照明系統、發動機部件、內筋、外筋。創新的技術、優質的產品質量以及完善的系統化的全套解決方案，使住友德馬格在汽車行業始終保持領先地位。持續發展液壓節能技術的節能動力動態自適應調節模塊Active Drive，保證獲得最佳效益并將能耗降到最低。住友德馬格為客戶制定整套的解決方案，為客戶及時準確地解決出現的一切難題，例如，專門派德國工程師常駐莫仕汽車連接器（成都）有限公司，指導培訓員工，解決方案實施工程中的產生的問題，及時提出解決方案，保證正常生產。

4 構建汽車注射成型創新技術驅動理念可持續發展綠塑創新解決方案

注射成型技術獨有的精密、環保、資源節約、節能降耗、批產低成本的綠色性能，成為汽車結構件成型加工技術綠塑創新解決方案的首選的成型技術及成型技術創新的基礎技術，并有通用設備、通用技術延伸發展為汽車結構件成型的專用設備、專用技術。

4.1 構建液態金屬注射成型創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

液態金屬又稱非晶合金，熔點較低，有著接近于零的收縮，超急冷凝固，凝固時原子來不及有序排列結晶，因而具備了許多獨特的性能：優異的耐蝕性、耐磨性、高強度、高延展性、高硬度、質量輕等優點等等。在設計方面，液態金屬合金相較于以前能夠提供更大的自由度。基于汽車零部件的多樣性、精度壽命周期性等綠塑創新，液態金屬在汽車領域具有廣闊的應用空間。

液態金屬注射成型技術是注塑成型技術的創新拓展。從模型中注射成型的零部件常常能夠超越最精準的CNC技術，可以實現接近光學的表面光潔度，達到高精密度是液態金屬注射成型工藝顯示出最重要的一項質量特征。注塑成型加工與金屬注塑成型（MIM）和CNC加工相比，液態金屬的注塑成型為實現“更高的效率以及自動化與工藝的更高程度的集成”等制造理念創造了條件。液態金屬采用注塑成型的方式進行加工，僅需較短的循環周期，其生產循環時間在2～3 min之間，比CNC的加工時間明顯縮短；澆口料能夠回收利用，無廢料堆積。

液態金屬注射成型技術汽車綠色化發展帶來了新的機遇。汽車的發動機正時系統、噴油嘴、內外飾零部件、安全性組件、泵、傳感器，以及重負載連接器等等400 g以下的零部件都可以用液態金屬注射成型件，不僅可以獲得性能優異的零部件，還可以獲得良好的經濟效益，實為汽車零部件制造的良好選擇。利用液態金屬高硬度、高耐磨的特性，制造汽車發動機中的液壓油缸、活塞環、噴油嘴等耐磨零部件，可大幅提高使用壽命。

液態金屬的注射成型工藝不應該只被看做是一個替換過程，而是看做一個可通過靈活設計獲得獨特性能的成型工藝。液態金屬采用注塑成型的方式進行加工，實現一步到位制造結構高度復雜的金屬部件，并且其精度和表面質量，遠遠優于普通的鑄造，即使是復雜的三維形狀以及非常精細的結構也能以出色的再現性和高效的材料利用率而被成型出來，使得高品質金屬部件的制造發生了革命性的變化。

液態金屬的技術壁壘很高，尤其是“大塊成型”難題成為制約其規模應用的瓶頸。內外飾零部件、400 g以上的汽車零部件等均屬于大塊成型，這意味著要想大面積推廣液態金屬，必須掌握大塊成型的核心技術。其次，目前涉足液態金屬的廠商鳳毛麟角，產能難以快速擴張。美國液態金屬公司擁有全球最核心、最頂尖和覆蓋范圍最廣的液態金屬材料配方、關鍵加工技術等相關知識產權（128項專利），是全球液態金屬行業的標準制定者。宜安科技擁有大塊成型工藝、材料成分和設備制造等三大核心技術，是目前為止全球唯一一家具備大型塊狀非晶金屬成型能力的企業，入股美國液態金屬公司，向其輸入大塊成型的技術訣竅后，將憑著低成本的原料、模具以及自主研發的成型設備和加工技術，從根本上解決其短板，有望將液態金屬產品快速推向全球。

恩格爾[4]是全球唯一能夠為液態金屬材料的加工提供注塑機和整合的系統解決方案的供應商。恩格爾以全電動機器系列e-motion 為基礎開發了一種新型Liquidmetal 液態金屬材料注塑機,一種金屬注塑(MIM)和CNC 加工的替代技術。Liquidmetal 機器與用于塑料加工的普通注塑機之間的差別，主要是注塑單元不同。液體金屬合金有從圓棒切削的碎塊材料形式，這些坯料自動供入熔化腔中，在高真空條件下感應加熱熔化。機器不采用螺桿，而用柱塞將熔化的金屬合金注入控溫模具中。在無氧條件下快速冷卻就會形成無定形結構，從而使材料具有優異的特性。可以在較短的周期時間內一步法制造可直接使用的具有極高表面質量的部件。加工周期介于2～3 min之間，與CNC加工所需時間相比大幅縮短。另一個優點是沒有廢料積聚，因為注道殘料可以回收。

4.2 構建汽車水輔注塑碳纖維增強復合材料成型創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

水輔助技術由德國Maximator GmbH 開發，該公司向寶馬在德國蘭茨胡特的工廠提供了汽車水輔注塑碳纖維增強復合材料的成套設備，用來生產CFRP 車頂結構件的曲型部分。該成套設備包括水處理單元和壓力單位，為寶馬量身定做。特殊水射器具有多種集成的單片閥門，比噴射通常使用水輔注塑產生更強大水壓。閥和壓力單元的近距離是成功的關鍵。以往的類似組件采用泡沫芯，外面加上碳纖維編織層，最后通過注射環氧樹脂浸漬。最新技術則用塑料軟管取代了泡沫芯，在碳纖維編織過程中保持在壓縮模內，并施加以水壓。樹脂固化后再除去余水。高設備采用高溫、純凈的軟化水，加上特定的金屬合金，確保不會發生腐蝕。熱水把固化過程和生產循環時間最小化，可進行大規模生產。在開發過程中，設備制造商、模具制造商和環氧樹脂的供應商進行了密切合作。

寶馬公司通過成本、工藝和模式上的突破，開創了碳纖維在汽車上大批量應用的新時代，為其它車廠樹立了成功榜樣。該公司計劃到2020 年將碳纖維車身制造成本降低到和鋁合金相當，屆時汽車的綠色化有望得到大幅度提高，主要體現在安全化、輕量化、環保化、新能源化等。

國內水輔注塑主要用于全塑件注射成型，主要目的提高表面光潔度的質量，應當抓緊開發汽車水輔注塑碳纖維增強復合材料成型技術，設備研發的重點是模具及水輔系統。

4.3 構建多色注塑成型創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

近年隨著汽車的發展，大型化雙色注塑、多色注塑裝備及技術成為汽車制造廠商提升飾件自身的競爭性、建立差異化的綠塑創新的解決方案。

廣州博創智能裝備股份有限公司在多色注塑領域建立起巨大的技術優勢及品牌優勢，轉盤實現差異化和模塊化設計，自主開發了全球最大多色注塑機的RP2340 平面轉盤，裝配在2 200 t雙色注塑機上。RP2340 轉盤的圓盤直徑2.15 m，高度2.78 m，重達8 t。主要特點：全新中心運水軸無負載式設計；旋轉動力驅動配以德國伺服電機及行星減速器，保證驅動精度和扭矩，回轉間隙控制在1～5′；轉盤使用特殊的耐磨材料，配合專利設計的環形軸承，來達到降低磨擦系數效果；特殊設計承托機構，用于抵消軸承徑向間隙，防止轉盤承受負載后出現下垂現象；圓盤開始轉動前，無需用機械裝置升離底座；來消除所謂兩個平面的磨擦力；轉盤工作方式有0°—180°—0°，0°—120°—240°—0°，0°—240°—120°—0°，配以高脈沖數旋轉編碼器，保證轉盤旋轉精度，最終定位采用機械插銷式定位，定位精度0.02 mm 以內，且兩工位和三工位可任意切換，只需在操作面板上設置即可；轉盤配2 組冷卻運水和2 組液壓抽芯，運水耐溫達到160℃，液壓抽芯最高工作壓力8 MPa；轉盤最大負載18 t，盤面最大轉動速度22 rad/min，0～180°只需1.5 s。設備銷往英國，主要為客戶生產捷豹、阿斯頓馬丁、路虎等高端汽車的零部件。

4.4 構建注射壓縮---背部復合成型創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案[5]

注射壓縮有利于降低制品內應力、提高制品幾何和尺寸精度的壽命周期，背部注射模可增加制品的功能及提高制品的環保性能和清潔度，兩者成型技術結合為一體，實現汽車領域綠塑制品創新驅動的“潛在需求”的功能和性能。

注射壓縮-背部復合成型技術創新驅動環保安全型汽車塑料車窗。環保安全型汽車塑料車窗主體為PC塑料，面層為PMMA薄膜。PMMA薄膜使用吹塑成型的，因為吹塑薄膜在膜泡的冷卻線處有細微的瑕疵，當薄膜受到相反方向（汽車內部）的沖擊處于張力狀態下時，易于從此處斷裂，這種“方向性缺陷”機理能夠使乘客在遭遇事故時打破車窗；第二代SPDSmart PMMA能夠阻擋超過99%的紫外線，可以減少空調的使用從而節約能源。注射壓縮成型，使底層PMMA薄膜處于低壓狀態之下進行背部

注射，保證了面層PMMA薄膜光學質量和完整性，保證了PMMA薄膜的自身固有性能不變。成型工序中，先把切割成形的PMMA薄膜放入模腔內，然后用PC材料進行背部注射壓縮成型。

4.5 構建鎂合金半固態觸變創新注射技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

汽車輕量化創新解決方案是實現比強度、比剛度高及比密度更低的輕量化，比強度、比剛度低的輕量化的解決方案將退出汽車輕量化的應用領域。

鎂合金[6]作為一種綠色環保合金 ,由于其自身的密度小，比強度、比剛度高，尺寸穩定性好，電磁屏蔽好及價格穩定等特點，鎂合金被認為是“21世紀的綠色工程結構材料”，應用于汽車領域具有廣闊的發展空間。

美國Dow Chemical公司根據塑料注射成形原理,開發出了用于鎂合金半固態成形的觸變注射成形工藝。鎂合金半固態觸變注射技術把注射塑化、觸變成形、半固態成形等三種技術合為一體，集半固態金屬漿料的制備、輸送和成形過程于一體，鎂錠無需預熱及熔化,成形工藝簡單、成本低,鑄造溫度比傳統壓力鑄造的溫度低90～120℃, 金屬無需熔融處理,避免了鎂合金熔化損害;半固態成形鎂合金的孔隙率為0.4%～1.8%, 而普通壓鑄成形的鎂合金孔隙率為2.5%～3.0%, 改善了制件質量,制件的力學性能得到提高，目前唯一用于鎂合金工業化生產的半固態成形技術，適合形狀復雜、致密度高的零部件的生產，與傳統的鑄造工藝相比具有許多優點，被稱為是21世紀新一代的近凈形技術。

鎂合金半固態觸變注射技術已開始在國外投入實際應用。美國的 A EMP 公司是世界上首家具備 SSM商業化生產能力的廠家，該公司使用電磁攪拌技術生產出供觸變成形用的圓錠。美國Alumax金屬公司和Thixmat公司采用鎂合金半固態觸變注射技術已生產出圓片離合器、油泵箱、齒輪箱等鎂合金汽車零件。積極研制大型汽車零件，如汽車儀表板、車門、轎車坐椅支架等。

目前國內鎂合金半固態注射成型的工業化應用處于起步階段，產業規模較小，所采用的設備基本上為國外進口。

華中科技大學研制了集半固態漿料制備、輸送和注射成形于一體的半固態鎂合金流變注射成形機。

伊之密精密機械股份有限公司2009年開始半固態成注射成型技術的研發及原理樣機的制造， 2014年主導制定了《半固態鎂合金注射成型機》行業標準。歷時六年創新開發的第二代半固態鎂合金注射成型機UN650MGII，融合國際最先進技術水平，通過系統地研究鎂合金半固態注射成型的工藝技術，經過多次的技術改進及試驗，在掌握了能夠滿足鎂合金制備漿料的溫度成型要求的原理后，最后完成了樣機的試制。該機可以成型復雜的鎂合金制品，具有成型制品精度高、表面質量好的特點，其最高注射速度已經達到5 m/s，同時從零加速到 5 m/s僅需要12 ms，不需要SF6 保護氣體(SF6 是溫室效應氣體，它對溫室效應的影響相當于CO2的約25 000 倍)，在高速注射閉環控制技術、料管組件、高速開合模控制技術等關鍵部件取得了重大突破。

我國汽車行業的跨躍式發展為鎂合金半固態注射成型技術的理論研究和工業應用提供了廣闊的發展舞臺，應用于汽車行業有著廣闊的發展前景。

5 構建石墨烯電池創新技術理念驅動可持續發展綠塑創新解決方案

電動汽車續航里程和充電時間長，長時間制約中國電動汽車進一步發展的一個關鍵障礙。

電動汽車能源系統的綠塑創新解決方案：充電時間10 min，充電一次行駛里程200 km。汽車制造商不可能實現電動汽車能源系統的綠塑創新解決方案。

石墨烯能量密度超過鋰離子電池，功率密度也高于超級電容。石墨烯取代傳統電池的電極材料，生產的超級石墨烯電池，續航更高、性能更加穩定，適用于新能源汽車發展。

美、歐石墨烯電池從實驗室走向應用階段。美國特斯拉的高性能石墨烯電池，相比目前的容量增長近70%。2014年12月底，特斯將2年前停產車型Roadster重新升級后推出，其續航里程由393 kW提升到了644 kW，高出原版64%。西班牙的石墨烯電池，續航里程1 000 kW，幾乎接近北京到上海的直線距離，遠超出傳統汽車一箱油的行駛距離，而且8 min就可以充滿。正道集團與美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）合作建立的UCLA-正道石墨烯研究中心再次發揮了巨大的作用，該中心目前已經制造出了石墨烯鋰硫電池樣品，能量密度達到了300 Wh/kg。

以石墨烯為代表的新材料已納入“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃中。國內石墨烯電池的上游研發與實際應用脫節，行業缺乏統一標準，導致石墨烯概念炒作熱而市場冷的問題。汽車制造商應與石墨烯電池研發者構建全套解決方案，加快速度實現汽車石墨烯電池的產業化，否則到時又要高價進口，處在電動汽車價值鏈的低端，喪失汽車電動化發展的機遇。

石墨烯電池一旦大規模應用到電動車上，對整個行業將是顛覆性的，純電動汽車的普及將大大提前，這種技術變革甚至會對目前汽車市場的格局產生顛覆性影響，對充電基礎設施建設等都將產生重要影響。國內汽車制造商應與石墨烯電池研發者構建全套解決方案，加快速度實現汽車石墨烯電池的產業化，否則到時又要高價進口，處在電動汽車價值鏈的低端，喪失汽車電動化發展的機遇。

6 結語

中國汽車工業實現突破，必須在綠塑創新解決方案上有所創造，首選改變傳統的“山寨”理念，樹立自主創新的可持續發展理念，在節能、環保、安全和新能源等方面綠塑創新驅動新材料、新技術、新設備，推動低碳循環經濟的發展，才能實現汽車“中國制造2025”。

[1] 張友根.基于“新常態”戰略的汽車塑料工程綠塑創新驅動的分析研究[J]. 橡塑技術與裝備，2015,41(20):20～50.

[2] 張友根. 淺議Cinaplas?2014塑料工程綠色化解決方案的科學發展及展望[J]. 現代塑料加工應用，2015,27(3):56～59.

[3] 李一軍. 淺談碳纖維復合材料成型工藝技術[J]. 廣東科技，2012,21:202.

[4] 恩格爾公司.全新特性的液態金屬讓高品質金屬部件的制造發生徹底改變[J].PT現代塑料，2016,6:20.

[5] 張友根. 汽車塑料件成型新技術[J].第二屆全國高分子材料科學與技術學術研討會論文集：133～139.

[6] 鄧輝，郭學鋒，黃丹，崔紅保.鎂合金半固態成形技術的研究和發展[J].熱加工工藝，2011,40(23):9～13.

Construct the new normal concept driven innovative solutions for sustainable development of automotive green plastic

Construct the new normal concept driven innovative solutions for sustainable development of automotive green plastic

Zhang Yougen
(Pudong New Area, Shanghai 21200, China)

This paper puts forward the concept of constructing the new normal concept driven innovative solutions for sustainable development of automotive green plastic, studies the construction of professional alliance concept of 7 specialized f elds driven sustainable development green plastic innovative solutions, studies the construction of customized service concept of molding processing equipment manufacturers driven sustainable development green plastic innovative solutions, studies the construction of innovative technology of automobile injection molding concept driven sustainable development green plastic innovative solutions, studies the construction of graphene battery innovation concept driven sustainable development green plastic innovative solutions, and points out that China's auto industry must be created in the green plastic innovation to achieve the third industrial revolution in the automobile industry.

automobile; new normal; green plastic innovation; research

TQ320.1

1009-797X(2016)24-0001-09

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.001

(R-03)

張友根，男，教授級高級工程師，終生享受國務院政府特殊津貼，現主要從事塑料機械的科學發展工作。

2016-07-07