构建新常态理念驱动可持续发展汽车绿塑创新解决方案

张友根

(上海浦东新区，上海 21200)

构建新常态理念驱动可持续发展汽车绿塑创新解决方案

张友根

(上海浦东新区，上海 21200)

提出了构建新常态驱动理念可持续发展汽车绿塑创新解决方案的内涵，研究了构建7个专业化领域的专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案，研究了构建成型加工设备制造商的客制化服务型理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案，研究了构建汽车注射成型创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案，研究了构建石墨烯电池创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案，指出中国汽车工业必须在绿塑创新上有所创造，实现汽车第三次工业革命。

汽车；新常态；绿塑创新；研究

我国汽车产业自主化的汽车绿塑创新解决方案的成效不大。新常态理念是驱动可持续发展汽车绿塑创新解决方案的“纲”，创新可持续发展汽车绿塑创新解决方案的新常态理念，才能深化汽车绿塑创新驱动解决方案，才能实现汽车“中国制造 2025”。本文提出了构建新常态驱动理念可持续发展汽车绿塑创新解决方案的内涵，研究了构建7个专业化领域的专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案，研究了构建成型加工设备制造商的客制化服务型理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案，研究了构建汽车注射成型创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案，研究了构建石墨烯电池创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案，指出中国汽车工业必须在绿塑创新上有所创造，实现汽车第三次工业革命。

1 构建新常态理念驱动可持续发展汽车绿塑创新解决方案的内涵[1]

国内汽车行业传统的发展理念制约了汽车绿塑创新解决方案的可持续发展。国内从事零部件制造的不了解汽车具体零部件的性能、功能；从事设备制造的不了解汽车零部件绿色发展的内涵；从事高分子原料开发的不了解汽车具体零部件塑化及其性能；从事整车制造的不了解高分子材料、加工设备等绿色技术水平；这种现实状况，造成汽车产业链上各个环节绿塑创新无目标、无方向、无措施的局面，绿塑解决方案基本上仿制，绿塑新原材料、新成型加工工艺的装备等基本上来自工业发达国家。汽车绿塑只能跟在人家后面，人云我云，难以自主绿塑创新及形成全套绿塑创新解决方案。

补“短板”扬“长板”的共创可持续发展汽车绿塑创新解决方案的新常态理念。汽车研究机构、汽车制造商、汽车零件供应商、汽车高分子原才料研究机构、生产商，汽车模具制造商、汽车塑料成型加工设备制造商、汽车销售商等联合为一体，组成紧密的产业联盟，变各自为政互相牵手补“短板”扬“长板”，共同开发从原料到制品回收利用的整个生命周期的全套绿色创新解决方案。

实现汽车件“现实需求”“潜在需求”的绿塑性能和功能为创新可持续发展汽车绿塑创新解决方案的新常态理念。汽车制造链的各个环节，应了解和掌握自己产品的“现实需求”“潜在需求”的绿塑性能和功能，制定全套解决方案，实现产品的创新。

多元山寨化转型专业自主化创新驱动可持续发展汽车绿塑创新解决方案的新常态理念。国内较多汽车零部件制造企业走多元化上规模，而不是专注创新，能制造种类齐全的产品，但技术先进并自主开发的产品很少，众多核心技术来自欧、美、日本。专注于某一个领域，绿塑创新越做越深，并且无法替代。日本一个生产汽车轴承的一百来人公司，服务的客户却是丰田、本田、铃木这些大名鼎鼎的公司，公司认为光轴承需要研究的东西就太多了，几代人都研究不透，哪有精力再去做别的？

安全健康化、生态环保化、力学性能增强化、生产降耗清洁化、性价比科学化“五化”原则实施汽车轻量化的可持续发展汽车绿塑创新解决方案的新常态理念。以前轻量化，偏重于以塑代钢（金属）的轻量化，忽视了“五化”，显示不出绿塑取得的提高汽车性能的效果。例如，汽车保险杠的功能是“保险”，其力学性能必须达到保险的性能，国内用PP、ABS塑料取代钢板成型的保险杠，力学性能达不到保险的要求，改变了保险杠的功能，变成了装饰件，降低了汽车的安全性，不符合绿塑轻量化的要求。宝马公司采用碳纤维复合材料成型加工保险杠的解决方案，碳纤维复合材料的保险杠的力学性能大幅高于钢板件，并且研发了经济型加工技术及回收技术，达到绿塑轻量化的效果。

2 构建专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

专业化联盟是构建汽车工业绿色经济、循环经济、低碳经济、生态经济、环境经济、能源经济等“新常态”的可持续发展的绿塑创新解决方案的组织模式。

专业化联盟是社会服务汽车工程发展商的专业化部门与汽车制造商企业之间为绿塑创新同一生产任务而建立的横向联系，适应汽车绿塑零部件绿色细分化的发展。专业化把产品及其生产分解为各个相对独立的绿塑创新单元，而联盟又把分解了的各个单元联结成为绿塑创新解决方案的有机整体。

专业化联盟促使现代汽车工业生产中相互依存的关系不断发展，提高和拓展绿塑持续创新的发展空间。发展专业化联盟，有利于扩大生产批量、提高经济效益；有利于提高产品质量、降低生产成本；有利于集中治理环境污染、改善劳动条件。

专业化联盟可持续发展绿塑创新解决方案把生态保护准则列人优先考虑的位置。尽量降低在生产和使用过程中的资源使用，提高资源利用率；保证在生产和使用过程中对环境无污染，减少健康安全风险；谋求在生产过程中的废料最小化，实现废料的再循环；产品报废后易于处置、自然分解和生物降解。

专业化联盟以成型加工一定的绿塑创新的最终产品为目标，发挥社会化的绿塑创新驱动的优势，联盟协作提高产品的绿塑创新的技术含量。专业化联盟有利于采用先进技术和高效率的设备。汽车制造主机厂只承担装配和少量关键部件的生产。

专业化联盟内容主要包括4个方面：

原材料、技术、装备、工艺等绿色创新专业化联盟。以绿色“现实需求”、“潜在需求”为指引，由创新主体集协作方，组成创新体，发挥各自绿色创新优势，研发全套解决方案，风险共负，利益共享。

制造专业化联盟。零部件制造商和汽车制造商组成制造专业化联盟，把同类零部件集中起来，实现绿色化及持续提高绿色技术含量，采用绿色原材料、绿色工艺进行绿色制造，双方共同推进零部件绿色技术含量，不同于传统的汽车制造商被动采购零部件制造商生产的标准件、通用件。

工艺创新专业化联盟。按生产工艺分解并实现绿色工艺，并把同类工艺集中起来组织专业化生产，如黏结、焊接、铸造等工艺。

技术后方服务专业化联盟。以专门完成某种技术后方服务工作的专业化协作，如工模具制造、设备维修、物流、回收处理等。

软件专业化联盟。实现智能化制造的智慧型汽车制造企业，软件的研发必须和软件研发商实现专业化联盟才能实现；软件研发商和汽车制造企业实现专业化联盟，软件才具有科学实用性。

专业化联盟按其范围划分，有部门（或行业）内部和跨部门（或行业之间）专业化联盟，有区域内或区域之间、以及跨国之间专业化联盟等。

2.1 构建绿色高分子原材料开发领域专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案[2]

绿色高分子原材料绿塑创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、应用、后处理、废弃物处理及利用的整个寿命周期不得释放有损生态环境、健康安全的物质，或其排放的有害物质可处理和在可控范围之内，不影响生态环境。

塑料原料开发商具有开发高分子原料解决方案的“长板”，但如何使高分子原料的性能和功能符合汽车绿塑“潜在需求”，这是“短板”；汽车制造商具有汽车绿塑发展方案内涵的具体要求的“长板”，但对使用何种高分子原料实现绿塑零部件，这是“短板”。所以，汽车塑料原料开发商和汽车制造商两者实现联盟，以对方“长板”补自己“短板”，深化“长板”，才能实现并可持续发展全套绿塑创新驱动的解决方案。通用、陶氏、巴斯夫等国际上著名汽车塑料原料领域具有不可动摇的话语权，领跑汽车高分子材料的发展，都是长期和汽车制造商合作，了解和掌握汽车零部件绿塑性能和功能的“潜在需求”，研发功能化、专用化的高分子复合原料，同时促进本行业的高分子原料的创新而取得的成果。

汽车塑料原料开发商成为全套绿塑创新解决方案的先驱。原料供应商主动式服务于汽车塑料工程，制定和实施全套解决方案，推广绿色创新的新材料，为绿色创新的解决方案提供实现的基础，同时也为本企业的发展取得了新的增长点。原料供应商走功能化、专用化的生产途径，制定长远的发展 目标和品牌战略，实现市场资源、技术资源以及企业间的整合，最终获得规模优势。例如杜邦工程塑料在汽车上的应用包括动力总成、燃油供给、底盘、车身内外饰件、空调、电子、电气等系统。陶氏汽车系统定位于专为中高量产汽车市场提供全面的解决方案，推出了旨在提供复合材料解决方案的产品系列，能够进一步促进轻量化复合材料技术在汽车市场的应用。拜耳材料科技自视为国际汽车产业的研发合作伙伴，汽车玻璃团队专家其服务范围包括整个汽车玻璃的整个加工链，以及汽车玻璃的风力载荷、碰撞等力学性能试验和研究，可独立为未来汽车提供创新动力。由美国杜邦公司的工程技术人员研制，名为“戴尔瑞ST”的新塑料，这种工程塑料能代替玻璃和金属的耐高温和高强度耐磨，是一种把硫基单位结合进塑料聚合体长链中的一种新型材料，有着惊人的耐高温特性和抗酸石腐刨性，与金属材料相比有许多优点：容易加工；具有突出耐磨、耐腐蚀性；质量轻，比重约1.0～1.4，比铝轻一半，比钢轻3/4；比强度高；绝缘性能好；节约能源等，可以用来制造汽车轴承、塑料汽车发动机、齿轮等许多耐磨损零部件，可以经过模压一次成型，大大减小了加工时间和成本。

2.2 构建汽车级碳纤维复合材料开发及应用领域专业化联盟理念驱动持续发展绿塑创新解决方案[3]

碳纤维复合材料应用于汽车具有划时代的革命，主要可应用于发动机罩、翼子板、车顶、行李箱、门板、底盘等零部件,实现汽车比强度、比刚度高的高分子复合材料的环保轻量化。

开发汽车级碳纤维分复合材料及其应用技术是汽车绿塑创新的主要任务。碳纤维复合材料生产商融入汽车领域，汽车制造商应用碳纤维于绿塑汽车，两者之间必须结成联盟，开发汽车级性价比的碳纤维，开发适合不同汽车件实现碳纤维化的成型加工的碳纤维及其复合材料，开发碳纤维化的汽车零部件。

日本碳纤维复合材料应用于汽车工业的绿塑创新驱动处于国际领先地位，形成产业联盟是关键。日本是世界上碳纤维开发最早、应用最成功、应用面最广的国家，其中主要的经验是，碳纤维生产企业以自己为价值链的联系纽带，实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制，组合碳纤维复合材料应用的企业、行业，注重与下游企业合作，共同对碳纤维复合材料“潜在需求”的构件，制定和实施全套解决方案，推动碳纤维复合材料在汽车领域的应用，日本碳纤维生产商和欧美的主要汽车生产商纷纷结成联盟，谋求共同发展。东邦与美国通用自2011年起就展开了稳定的合作关系，并出资建立了复合材料应用中心，开发碳纤维及其在汽车上的应用。三菱丽阳则与宝马和西格里集团三方合作, 2014年宝马i3系列纯电动车BMW MegacityVehicle在全球正式上市，为碳纤维产品在通用汽车领域的商业化普及应用迈出了重要的一步。这款车的市场表现，将在很大程度上决定未来10年碳纤维复合材料在通用汽车领域的发展方向。

美国的陶氏化学汽车系统业务部与福特汽车在汽车级碳纤维应用的解决方案领域紧密联盟，共建研发团队，致力于研发高性能和低成本的汽车级碳纤维及应用技术的开发，创新实现大批量成型汽车碳纤维零部件的制造工艺。

以热塑性塑料为基体、短碳纤维为增强分散质。碳纤维增强热塑性塑料易于成型加工及回收循环应用，强度与刚性高，蠕变小，热稳定性高，线膨胀系数小，减摩耐磨，不损伤磨件，阻尼特性优良。近年来，以热塑性树脂为基体的纤维增强热塑性复合材料发展迅猛。2013年10月，帝人公司宣布推出P系列热塑性颗粒材料适用于复杂部件的注塑成型。2013年10月，东丽公司宣布推出新的碳纤维增强的聚苯硫醚（PPS）热塑性注塑颗粒材料，该材料改进了碳纤维和PPS塑料接触面的黏结性，提高了抗拉强度，使用该材料制备CFRTP部件，其抗拉强度与铝铸件相当，质量却轻了近45%。

国内碳纤维应用于汽车的进展缓慢，成型加工工艺落后，其主要原因还是碳纤维生产商和汽车领域，汽车制造商两者之间没有结成联盟，没有深入研究汽车级碳纤维开发及应用技术，寄希望于吃“现成饭”。

强碳纤维复合材料性能重点研究下述方面：碳纤维复合材料性能与基体塑料之间的关系；碳纤维填充率与碳纤维复合材料性能之间的关系；碳纤维长度与碳纤维复合材料性能之间的关系；碳纤维分布率及去向与碳纤维复合材料件性能之间的关系；成型工艺与碳纤维分布率及去向之间的关系；复合填充与碳纤维复合材料性能之间的关系。

2.3 构建黏接领域专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

美国的陶氏化学汽车系统业务部与汽车零件制造商阿斯顿.马丁公司在汽车零件胶黏解决方案领域紧密联盟，根据阿斯顿•马丁公司的汽车零件胶黏的解决方案，提供创新的胶黏剂及工艺方案，如BETAMATE™和BETAFORCE™结构胶，帮助其在使用不同基材连接车身结构时，为车辆创造更高安全性以及更优异的耐用性、驾驶和操作特性，同时改善燃油经济性，减少二氧化碳排放量。在2016年4月的北京国际车展期间，阿斯顿•马丁推出了其荣耀DB系列的最新力作——阿斯顿•马丁DB11车型。DB11采用了陶氏汽车系统业务部为其订制的一款特殊的BETAMATE™结构胶，能够有效黏合经阳极电镀的铝材，使车身在减重多达39 kg的情况下，反而具备更好的碰撞性能和耐用性。同时，该结构胶吸收更少水分，可使DB11省去阳极氧化的干燥过程，显著减少能源消耗。

汉高公司推出的乐泰®3038是一种专为连接难黏基层(包括不同热膨胀系数的材料)而设计的新型不含甲基丙烯酸甲酯的双组分结构丙烯酸酯的绿色黏合剂。其黏结强度值可超越玻璃纤维增强聚烯烃材料所能承载的最大限度，也不需要任何耗时或昂贵的预处理，如火焰处理，蚀刻、电晕或等离子处理等，便可达到零件的强度标准。对于电子涂层钢和轻质低能耗材料，如PP、PE和PBT具有很强的黏合力。对冲击载荷具有很强的抗冲击能力。减少并分散黏结件的局部应力集中。乐泰®3038无需机械或热紧固方面的设计考虑，在零部件特性和美学方面赋予了工程师产品设计的更大自由度。到目前为止，乐泰®3038已被应用于众多领先的汽车品牌之中，如宝马7系列等。

2.4 构建歧管领域专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

通用电气公司塑料部、CMI国际公司联合和通用汽车公司、克莱斯勒汽车公司在汽车进气歧管领域绿塑解决方案领域紧密联盟。根据进气歧管绿塑功能和性能，采用玻璃增强的PPS与尼龙和其他工程树脂的合金为原料，注塑成型进气歧管，取代铸造成型的铝制进气歧管，具有优异的绿塑性能：①提高寿命周期：增强PPS制进气歧管的耐久性高于或等于铝制歧管；②节约能耗和资源：注塑进气歧管，内表面光滑、阻力小，降低了能耗，可采用体积尺寸较小的歧管，节约了资源，扩大了空间；③提高了轻量化率：塑料进气歧管质量为2.3～3.6 kg同比于质量4.5～7.3 kg的压铸铝制歧管，质量降低了约50%；④提高能源利用效率：塑料导热性较低、低温空气密度较大，可提高空气燃料混合比，从而提高发动机的效率；⑤实现绿色制造：注塑成型进气歧管为清洁化的一步成型，不需易产生环境污染的铸造成型及成形后还需后续精加工，同时成型费用也较低。

2.5 构建传动轴领域专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

通用汽车公司和杰恩伯格工业公司在汽车发动机传动轴领域绿塑解决方案领域紧密联盟，研制一种玻璃增强PPS与钢的复合材料汽车工业用凸轮轴，兼具耐高温(260℃)、尺寸稳定和耐化学品的综合性能，同比钢轴的发动机噪音低，制造时间由几小时降低到40 s。

2.6 构建照明领域专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

Solvay Advanced Polymers开发的聚醚砜（PES）用来替代金属化聚醚酰亚胺（PEI）为的是降低汽车照明头灯的成本。工程师设计在205℃下使用的Redel LTG-3000 PES与通常用于照明的PEI具有更高的耐热温度、更好抗冲性能和更高的熔体流动性。其抗冲性能比PEI提高了50%，流动性增加了33%，把壁厚降低至少25%，从而降低成本。

富强鑫公司开发了应用于包括中大型多数色车灯一步成型的注塑机及BMC灯壳专用注塑机，单缸油压式自动供料装置，实现稳定的进料功能； FCS-2100型控制器，实现精确的料温及模温控制；配置双ACC蓄能器射出装置，实现瞬间高速能量和高速射出成型。

2.7 构建结构件领域专业化联盟理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

巴斯夫与汽车领域的客户在汽车车身和底盘领域绿塑解决方案领域紧密联盟，开发出用连续纤维增强热塑性复合材料生产车身和底盘的UltracomTM成套技术解决方案，该方案包括连续纤维增强热塑性塑料半成品，配混料以及工程技术支持。新方案核心是采用巴斯夫Ultramid®聚酰胺或Ultradur®PBT热塑性树脂浸润的机织布和单向带预浸料制成的层压材料。这些预浸料是通过与TenCate和欧文斯科宁共同合作开发的。Ultracom方案的的第二个组成部分是为这些层压产品所开发的覆膜材料（overmoulding materials）。这些材料是Ultramid和Ultradur系列的配混料。通过与层压材料与预浸料带的配合使用，就可以注射成型具有高机械性能的复杂零部件（在指定的确切位置使用连续纤维），同时通过覆膜成型让零件具备特种的绿色性能和功能。

3 构建成型加工设备制造商的客制化服务型理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

客制化服务型内涵以汽车件绿色“现实需求”“潜在需求”为中心，整合生态环境保护原则与科学的有效的现代科学技术集成，在制品设计、原料、设备、成型工艺、物流、后处理、回收利用等生命周期的各个环节，根据生态环境价值并利用现代科技的全部潜力，以现代能源技术、材料技术、生物技术、污染治理技术、资源回收技术、环境监测技术、清洁生产技术、网络技术、数字技术等科学技术为指导，以先进的生态环境标准为准绳，预先防止对生态、环境、能耗、资源、清洁等产生负作用，作在线无缝结合的全套解决方案，创新创造新材料、新技术、新设备、新工艺、新检测仪器，提供从原料、设备、成型加工技术、技术培训等的成套技术服务的交钥匙工程的全套解决方案，实现从根本上保护生态环境、防止污染、节约资源和能源，最终达到对资源和能源的最大利用、环境污染和排放的最小化，引领汽车“新常态”可持续发展。

汽车绿塑量化的持续发展，汽车零部件绿塑的特殊性，绿塑成型加工设备逐渐从通用成型加工设备中分离出来，发展为功能化、专业化、专用化的汽车领域的成型加工设备及技术。适应汽车的绿塑发展，国内外有关塑料机械制造公司积极从事绿色汽车绿塑零部件成型设备的开发，并成立专业研究部门，与汽车制造商密切配合，根据汽车塑料件、汽车塑料原料的发展，对设备、模具、成型工艺等持续创新。

3.1 构建成型加工设备制造商客制化被动服务型理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

客制化被动型服务型的成型加工设备制造商对绿色成型加工设备得研发具有一套成熟的解决方案，但对汽车塑化零部件的发展及成型加工缺乏解决方案，只能根据汽车制造商的要求研发功能化、专业化、专用化成型加工设备及技术，并赋予成型加工设备及技术的绿色内涵，实现绿色成型加工。国内的成型加工设备制造商不懂塑料原料及成型工艺，难以独立担当“潜在需求”的全套解决方案，都为被动型服务型，处在汽车件成型加工解决方案的价值链的低端。

2015 年3 月24 日，海天塑机为东风雷诺汽车有限公司定制的第一套JU33000II 综合注射成型系统(“风雷一号”)完成调试，并正式投入批量化生产。JU33000II 综合注射成型系统是海天根据东风雷诺汽车有限公司项目需求，全新打造的综合自动化汽车饰件成型生产线。集注塑系统、取出系统、供料系统、水循环系统、自动换模、自动预热系统、水电油路自动接插、机械手治具自动交换等系统于一体。该套设备采用特殊的双螺杆设计，可在一台设备上同时满足保险杠、后备门、翼子板等不同原料制品的生产需要。该自动化成型系统适应性强，响应迅速，可实现全程无需人工干预的高度自动化生产。可切换的双注射单元结构，能根据注塑工厂的生产操作计划，自动转换，并与供料系统、计量设备同步；面向不同材料类型，不同产品类型，不同尺寸规格的汽车饰件制品，实现多品种，小批量，快切换的混线生产。

宁波永生塑料机械有限公司与比亚迪汽车股份有限公司合作，联合研发专用注塑设备。泰瑞公司根据汽车零部件的型腔面十分复杂的特殊性，配置一些特殊的功能程序：如多组抽芯功能、时序控制功能、注塑机配套换模装置功能、配套取件机械手装置功能等等，这些特殊功能在生产汽车塑料零部件中优势十分明显。

3.2 构建成型加工设备制造商客制化主动服务型理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

客制化主动型服务的成型加工设备制造商，在长期与汽车制造商合作进程中，由被动型变为主导型，在汽车件的绿塑创新驱动的“现实需求”和“潜在需求”上具有话语权，创新研发的功能化、专业化、专用化成型加工设备及技术成为汽车件制造商实现汽车件绿塑创新驱动的关键装备，成为汽车制造链上的关键节点。客制化主动型服务的成型加工设备商都为国际上知名的成型加工设备制造商，处在汽车件成型加工解决方案的价值链的高端，主导绿塑汽车件的持续发展。

MuCell 微发泡注塑是一项革新的精密注塑技术，可显着减轻制件的重量、缩短成型周期，并极大地改善了制件的翘曲变形和尺寸稳定性。Engel公司开拓MuCell微孔发泡汽车注塑机，生产内饰件、发泡结构件、高度抛光组件，使得汽车内饰件注塑成型壁厚1mm成为可能，同时可减少高达20%的组件重量，从而明显减少碳足迹。用于制造汽车内外饰件的Duo 600 pico机器，其产品设计注重能耗及速度，不仅能缩短循环周期，相应提高产能、降低能耗，直接减低成本，保证了产品在市场上的竞争力。

住友德马格专注于能发挥设备最大优势并给客户提供最大利益的汽车优势行业，专注于照明系统、发动机部件、内筋、外筋。创新的技术、优质的产品质量以及完善的系统化的全套解决方案，使住友德马格在汽车行业始终保持领先地位。持续发展液压节能技术的节能动力动态自适应调节模块Active Drive，保证获得最佳效益并将能耗降到最低。住友德马格为客户制定整套的解决方案，为客户及时准确地解决出现的一切难题，例如，专门派德国工程师常驻莫仕汽车连接器（成都）有限公司，指导培训员工，解决方案实施工程中的产生的问题，及时提出解决方案，保证正常生产。

4 构建汽车注射成型创新技术驱动理念可持续发展绿塑创新解决方案

注射成型技术独有的精密、环保、资源节约、节能降耗、批产低成本的绿色性能，成为汽车结构件成型加工技术绿塑创新解决方案的首选的成型技术及成型技术创新的基础技术，并有通用设备、通用技术延伸发展为汽车结构件成型的专用设备、专用技术。

4.1 构建液态金属注射成型创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

液态金属又称非晶合金，熔点较低，有着接近于零的收缩，超急冷凝固，凝固时原子来不及有序排列结晶，因而具备了许多独特的性能：优异的耐蚀性、耐磨性、高强度、高延展性、高硬度、质量轻等优点等等。在设计方面，液态金属合金相较于以前能够提供更大的自由度。基于汽车零部件的多样性、精度寿命周期性等绿塑创新，液态金属在汽车领域具有广阔的应用空间。

液态金属注射成型技术是注塑成型技术的创新拓展。从模型中注射成型的零部件常常能够超越最精准的CNC技术，可以实现接近光学的表面光洁度，达到高精密度是液态金属注射成型工艺显示出最重要的一项质量特征。注塑成型加工与金属注塑成型（MIM）和CNC加工相比，液态金属的注塑成型为实现“更高的效率以及自动化与工艺的更高程度的集成”等制造理念创造了条件。液态金属采用注塑成型的方式进行加工，仅需较短的循环周期，其生产循环时间在2～3 min之间，比CNC的加工时间明显缩短；浇口料能够回收利用，无废料堆积。

液态金属注射成型技术汽车绿色化发展带来了新的机遇。汽车的发动机正时系统、喷油嘴、内外饰零部件、安全性组件、泵、传感器，以及重负载连接器等等400 g以下的零部件都可以用液态金属注射成型件，不仅可以获得性能优异的零部件，还可以获得良好的经济效益，实为汽车零部件制造的良好选择。利用液态金属高硬度、高耐磨的特性，制造汽车发动机中的液压油缸、活塞环、喷油嘴等耐磨零部件，可大幅提高使用寿命。

液态金属的注射成型工艺不应该只被看做是一个替换过程，而是看做一个可通过灵活设计获得独特性能的成型工艺。液态金属采用注塑成型的方式进行加工，实现一步到位制造结构高度复杂的金属部件，并且其精度和表面质量，远远优于普通的铸造，即使是复杂的三维形状以及非常精细的结构也能以出色的再现性和高效的材料利用率而被成型出来，使得高品质金属部件的制造发生了革命性的变化。

液态金属的技术壁垒很高，尤其是“大块成型”难题成为制约其规模应用的瓶颈。内外饰零部件、400 g以上的汽车零部件等均属于大块成型，这意味着要想大面积推广液态金属，必须掌握大块成型的核心技术。其次，目前涉足液态金属的厂商凤毛麟角，产能难以快速扩张。美国液态金属公司拥有全球最核心、最顶尖和覆盖范围最广的液态金属材料配方、关键加工技术等相关知识产权（128项专利），是全球液态金属行业的标准制定者。宜安科技拥有大块成型工艺、材料成分和设备制造等三大核心技术，是目前为止全球唯一一家具备大型块状非晶金属成型能力的企业，入股美国液态金属公司，向其输入大块成型的技术诀窍后，将凭着低成本的原料、模具以及自主研发的成型设备和加工技术，从根本上解决其短板，有望将液态金属产品快速推向全球。

恩格尔[4]是全球唯一能够为液态金属材料的加工提供注塑机和整合的系统解决方案的供应商。恩格尔以全电动机器系列e-motion 为基础开发了一种新型Liquidmetal 液态金属材料注塑机,一种金属注塑(MIM)和CNC 加工的替代技术。Liquidmetal 机器与用于塑料加工的普通注塑机之间的差别，主要是注塑单元不同。液体金属合金有从圆棒切削的碎块材料形式，这些坯料自动供入熔化腔中，在高真空条件下感应加热熔化。机器不采用螺杆，而用柱塞将熔化的金属合金注入控温模具中。在无氧条件下快速冷却就会形成无定形结构，从而使材料具有优异的特性。可以在较短的周期时间内一步法制造可直接使用的具有极高表面质量的部件。加工周期介于2～3 min之间，与CNC加工所需时间相比大幅缩短。另一个优点是没有废料积聚，因为注道残料可以回收。

4.2 构建汽车水辅注塑碳纤维增强复合材料成型创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

水辅助技术由德国Maximator GmbH 开发，该公司向宝马在德国兰茨胡特的工厂提供了汽车水辅注塑碳纤维增强复合材料的成套设备，用来生产CFRP 车顶结构件的曲型部分。该成套设备包括水处理单元和压力单位，为宝马量身定做。特殊水射器具有多种集成的单片阀门，比喷射通常使用水辅注塑产生更强大水压。阀和压力单元的近距离是成功的关键。以往的类似组件采用泡沫芯，外面加上碳纤维编织层，最后通过注射环氧树脂浸渍。最新技术则用塑料软管取代了泡沫芯，在碳纤维编织过程中保持在压缩模内，并施加以水压。树脂固化后再除去余水。高设备采用高温、纯净的软化水，加上特定的金属合金，确保不会发生腐蚀。热水把固化过程和生产循环时间最小化，可进行大规模生产。在开发过程中，设备制造商、模具制造商和环氧树脂的供应商进行了密切合作。

宝马公司通过成本、工艺和模式上的突破，开创了碳纤维在汽车上大批量应用的新时代，为其它车厂树立了成功榜样。该公司计划到2020 年将碳纤维车身制造成本降低到和铝合金相当，届时汽车的绿色化有望得到大幅度提高，主要体现在安全化、轻量化、环保化、新能源化等。

国内水辅注塑主要用于全塑件注射成型，主要目的提高表面光洁度的质量，应当抓紧开发汽车水辅注塑碳纤维增强复合材料成型技术，设备研发的重点是模具及水辅系统。

4.3 构建多色注塑成型创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

近年随着汽车的发展，大型化双色注塑、多色注塑装备及技术成为汽车制造厂商提升饰件自身的竞争性、建立差异化的绿塑创新的解决方案。

广州博创智能装备股份有限公司在多色注塑领域建立起巨大的技术优势及品牌优势，转盘实现差异化和模块化设计，自主开发了全球最大多色注塑机的RP2340 平面转盘，装配在2 200 t双色注塑机上。RP2340 转盘的圆盘直径2.15 m，高度2.78 m，重达8 t。主要特点：全新中心运水轴无负载式设计；旋转动力驱动配以德国伺服电机及行星减速器，保证驱动精度和扭矩，回转间隙控制在1～5′；转盘使用特殊的耐磨材料，配合专利设计的环形轴承，来达到降低磨擦系数效果；特殊设计承托机构，用于抵消轴承径向间隙，防止转盘承受负载后出现下垂现象；圆盘开始转动前，无需用机械装置升离底座；来消除所谓两个平面的磨擦力；转盘工作方式有0°—180°—0°，0°—120°—240°—0°，0°—240°—120°—0°，配以高脉冲数旋转编码器，保证转盘旋转精度，最终定位采用机械插销式定位，定位精度0.02 mm 以内，且两工位和三工位可任意切换，只需在操作面板上设置即可；转盘配2 组冷却运水和2 组液压抽芯，运水耐温达到160℃，液压抽芯最高工作压力8 MPa；转盘最大负载18 t，盘面最大转动速度22 rad/min，0～180°只需1.5 s。设备销往英国，主要为客户生产捷豹、阿斯顿马丁、路虎等高端汽车的零部件。

4.4 构建注射压缩---背部复合成型创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案[5]

注射压缩有利于降低制品内应力、提高制品几何和尺寸精度的寿命周期，背部注射模可增加制品的功能及提高制品的环保性能和清洁度，两者成型技术结合为一体，实现汽车领域绿塑制品创新驱动的“潜在需求”的功能和性能。

注射压缩-背部复合成型技术创新驱动环保安全型汽车塑料车窗。环保安全型汽车塑料车窗主体为PC塑料，面层为PMMA薄膜。PMMA薄膜使用吹塑成型的，因为吹塑薄膜在膜泡的冷却线处有细微的瑕疵，当薄膜受到相反方向（汽车内部）的冲击处于张力状态下时，易于从此处断裂，这种“方向性缺陷”机理能够使乘客在遭遇事故时打破车窗；第二代SPDSmart PMMA能够阻挡超过99%的紫外线，可以减少空调的使用从而节约能源。注射压缩成型，使底层PMMA薄膜处于低压状态之下进行背部

注射，保证了面层PMMA薄膜光学质量和完整性，保证了PMMA薄膜的自身固有性能不变。成型工序中，先把切割成形的PMMA薄膜放入模腔内，然后用PC材料进行背部注射压缩成型。

4.5 构建镁合金半固态触变创新注射技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

汽车轻量化创新解决方案是实现比强度、比刚度高及比密度更低的轻量化，比强度、比刚度低的轻量化的解决方案将退出汽车轻量化的应用领域。

镁合金[6]作为一种绿色环保合金 ,由于其自身的密度小，比强度、比刚度高，尺寸稳定性好，电磁屏蔽好及价格稳定等特点，镁合金被认为是“21世纪的绿色工程结构材料”，应用于汽车领域具有广阔的发展空间。

美国Dow Chemical公司根据塑料注射成形原理,开发出了用于镁合金半固态成形的触变注射成形工艺。镁合金半固态触变注射技术把注射塑化、触变成形、半固态成形等三种技术合为一体，集半固态金属浆料的制备、输送和成形过程于一体，镁锭无需预热及熔化,成形工艺简单、成本低,铸造温度比传统压力铸造的温度低90～120℃, 金属无需熔融处理,避免了镁合金熔化损害;半固态成形镁合金的孔隙率为0.4%～1.8%, 而普通压铸成形的镁合金孔隙率为2.5%～3.0%, 改善了制件质量,制件的力学性能得到提高，目前唯一用于镁合金工业化生产的半固态成形技术，适合形状复杂、致密度高的零部件的生产，与传统的铸造工艺相比具有许多优点，被称为是21世纪新一代的近净形技术。

镁合金半固态触变注射技术已开始在国外投入实际应用。美国的 A EMP 公司是世界上首家具备 SSM商业化生产能力的厂家，该公司使用电磁搅拌技术生产出供触变成形用的圆锭。美国Alumax金属公司和Thixmat公司采用镁合金半固态触变注射技术已生产出圆片离合器、油泵箱、齿轮箱等镁合金汽车零件。积极研制大型汽车零件，如汽车仪表板、车门、轿车坐椅支架等。

目前国内镁合金半固态注射成型的工业化应用处于起步阶段，产业规模较小，所采用的设备基本上为国外进口。

华中科技大学研制了集半固态浆料制备、输送和注射成形于一体的半固态镁合金流变注射成形机。

伊之密精密机械股份有限公司2009年开始半固态成注射成型技术的研发及原理样机的制造， 2014年主导制定了《半固态镁合金注射成型机》行业标准。历时六年创新开发的第二代半固态镁合金注射成型机UN650MGII，融合国际最先进技术水平，通过系统地研究镁合金半固态注射成型的工艺技术，经过多次的技术改进及试验，在掌握了能够满足镁合金制备浆料的温度成型要求的原理后，最后完成了样机的试制。该机可以成型复杂的镁合金制品，具有成型制品精度高、表面质量好的特点，其最高注射速度已经达到5 m/s，同时从零加速到 5 m/s仅需要12 ms，不需要SF6 保护气体(SF6 是温室效应气体，它对温室效应的影响相当于CO2的约25 000 倍)，在高速注射闭环控制技术、料管组件、高速开合模控制技术等关键部件取得了重大突破。

我国汽车行业的跨跃式发展为镁合金半固态注射成型技术的理论研究和工业应用提供了广阔的发展舞台，应用于汽车行业有着广阔的发展前景。

5 构建石墨烯电池创新技术理念驱动可持续发展绿塑创新解决方案

电动汽车续航里程和充电时间长，长时间制约中国电动汽车进一步发展的一个关键障碍。

电动汽车能源系统的绿塑创新解决方案：充电时间10 min，充电一次行驶里程200 km。汽车制造商不可能实现电动汽车能源系统的绿塑创新解决方案。

石墨烯能量密度超过锂离子电池，功率密度也高于超级电容。石墨烯取代传统电池的电极材料，生产的超级石墨烯电池，续航更高、性能更加稳定，适用于新能源汽车发展。

美、欧石墨烯电池从实验室走向应用阶段。美国特斯拉的高性能石墨烯电池，相比目前的容量增长近70%。2014年12月底，特斯将2年前停产车型Roadster重新升级后推出，其续航里程由393 kW提升到了644 kW，高出原版64%。西班牙的石墨烯电池，续航里程1 000 kW，几乎接近北京到上海的直线距离，远超出传统汽车一箱油的行驶距离，而且8 min就可以充满。正道集团与美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）合作建立的UCLA-正道石墨烯研究中心再次发挥了巨大的作用，该中心目前已经制造出了石墨烯锂硫电池样品，能量密度达到了300 Wh/kg。

以石墨烯为代表的新材料已纳入“十三五”国家战略性新兴产业发展规划中。国内石墨烯电池的上游研发与实际应用脱节，行业缺乏统一标准，导致石墨烯概念炒作热而市场冷的问题。汽车制造商应与石墨烯电池研发者构建全套解决方案，加快速度实现汽车石墨烯电池的产业化，否则到时又要高价进口，处在电动汽车价值链的低端，丧失汽车电动化发展的机遇。

石墨烯电池一旦大规模应用到电动车上，对整个行业将是颠覆性的，纯电动汽车的普及将大大提前，这种技术变革甚至会对目前汽车市场的格局产生颠覆性影响，对充电基础设施建设等都将产生重要影响。国内汽车制造商应与石墨烯电池研发者构建全套解决方案，加快速度实现汽车石墨烯电池的产业化，否则到时又要高价进口，处在电动汽车价值链的低端，丧失汽车电动化发展的机遇。

6 结语

中国汽车工业实现突破，必须在绿塑创新解决方案上有所创造，首选改变传统的“山寨”理念，树立自主创新的可持续发展理念，在节能、环保、安全和新能源等方面绿塑创新驱动新材料、新技术、新设备，推动低碳循环经济的发展，才能实现汽车“中国制造2025”。

[1] 张友根.基于“新常态”战略的汽车塑料工程绿塑创新驱动的分析研究[J]. 橡塑技术与装备，2015,41(20):20～50.

[2] 张友根. 浅议Cinaplas®2014塑料工程绿色化解决方案的科学发展及展望[J]. 现代塑料加工应用，2015,27(3):56～59.

[3] 李一军. 浅谈碳纤维复合材料成型工艺技术[J]. 广东科技，2012,21:202.

[4] 恩格尔公司.全新特性的液态金属让高品质金属部件的制造发生彻底改变[J].PT现代塑料，2016,6:20.

[5] 张友根. 汽车塑料件成型新技术[J].第二届全国高分子材料科学与技术学术研讨会论文集：133～139.

[6] 邓辉，郭学锋，黄丹，崔红保.镁合金半固态成形技术的研究和发展[J].热加工工艺，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)

张友根，男，教授级高级工程师，终生享受国务院政府特殊津贴，现主要从事塑料机械的科学发展工作。

2016-07-07