汽車用塑膠材料的技術動向

刊登日期:2015/11/30
  • 字級

李守仁/ 健行科技大學;白立文/ 工研院材化所

近年來,塑膠材料已攻佔汽車的內裝材料市場,在外裝零件的應用也日益增多,爾來塑膠材料更進一步跨足到要求高強度的汽車結構零件市場。在環保與安全的考量下,汽車已朝向電動化發展,各車廠於開發魅力商品的同時,性能仍然是不可或缺的一環。「熱的控制」一直是汽車設計中的關鍵技術,塑膠材料於其間扮演了重要的角色。因應車廠要求的功能與設計,各化工廠以自有獨特技術配合提供了多樣的樹脂產品。本文略述車用塑膠材料的最新技術動向。
 
一般車廠研發新車時首重二氧化碳的排放,其次則為車輛在事故中的安全性,故在材料的選擇上獨鍾具有獨特物理性質與寬廣範圍功能的塑膠材料。根據 IEA 統計資料,全球的二氧化碳排放量中,發電佔比最高,約 40%;其餘依序為運輸 23%、產業 19%、民生 7%、以及其他 5%。運輸的 23%中有 17%來自汽車。汽車的二氧化碳排放量受車體重量影響甚鉅,以塑膠材料替代金屬材料,可對汽車的輕量化做出具體貢獻。

不排放二氧化碳的電動車,以馬達取代燃油車之引擎作為車輛的動力來源。馬達由可旋轉之轉子與固定不動之定子所組成,其中定子之線圈與電磁鋼板外圍的塗劑、包覆膜、模具、絶緣紙,皆使用塑膠材料,充分發揮了塑膠於絶緣性與成型性的優點。欲進一步提升馬達效率,需再提升其絕緣性與耐熱性,而降低成本也是重大挑戰。燃料電池車內配備的氫氣儲槽,更是全面採用質輕、強度高的碳纖維強化樹脂(Carbon Fiber Reinforced Plastic;CFRP)。BMW 的電動車 i3 已全車體採用碳纖維強化樹脂。然而成本高且生產性不高,是碳纖維強化樹脂的致命缺點。

供應燃油車燃料的管線大多採用橡膠製品。當燃料來源多樣化發展時,例如:生質乙醇與汽油的性質不同,燃料對橡膠管線的膨潤作用需特別留意。豐田汽車 2009年上市的 SAI 油電混合車,在環保潮流下,有高達八成的內裝材採用生質塑膠,堪稱環保的進化版,只是生質塑膠的成本仍相對偏高。




圖一、不同類別汽車的二氧化碳指數

 
2013 年油電混合車已攻佔日本汽車銷售量的二成,2014 年究極環保車-燃料電池車更是堂堂進入市場,汽車已正式進入電動化時代。電動化時代欲提高車輛的行駛距離,除了車體輕量化外,電動化關鍵零組件亦扮演了重要角色。綜觀三大關鍵零組件:電池、馬達與變頻器,改良其系統設計也好,變化其材料也罷,其中「熱」的處理至關重要!

在電池方面,主要聚焦於鋰離子電池(高能量密度)的以下項目:
①. 
正、負極活性物質之黏著劑:膨潤的控制、黏著力的維持;
②. 耐熱隔離膜:電解質的穿透、防止電極短路;
③. 有機溶劑氣化之防止:防止溫度的上升、提高散熱性。
在馬達方面,聚焦於釹系高性能馬達,以提高其耐熱性:利用系統設計加速散熱、使用具高熱傳導性的電氣絕緣材料、減少鏑元素的含量。

在變頻器方面,則致力於
---以上為部分節錄資料,完整內容請點選下方檔案瀏覽。


分享
為此篇文章評分

相關廠商