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新一代的工程塑料为气囊系统带来革命性变化 |
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| http://cn.newmaker.com
2/22/2009 6:31:00 PM
帝斯曼工程塑料 Marc Huisman
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前言
10年前，金属制安全气囊系统(壳体)一般包括20个工作部件，重3.2公斤，涉及到12道工艺。如今，工作部件的数量只有5个，重量仅有1.2公斤，所使用的工序只有6道。
其解决方案是什么呢?
一个词：塑料
如今，新一代增强型热塑性工程塑料正迅速成为全球汽车安全系统Tier1的一个应用标准。
-对采购人员而言，高级聚酰胺是再好不过的气囊壳体材料。它们已被证明可以提供极其优异的性能，同时又可以缩短整个生产周期，降低成本-因此，具有更高的投资回报。
-对生产和设计工程师们而言，像Akulon®和Akulon®
Ultraflow® 这样的增强聚酰胺不仅比其它材料结实、安全，更能保证乘客的安全;而且它们还开拓了一个全新的世界，其灵活性更高，设计师创新和改善产品性能的潜力更大。
-从战略层面而言，最新款的塑料具有惊人的环境性能，不仅可以提高能源利用率，还能降低二氧化碳的排放量，从而开创了可持续发展的全新方式。
得益于成功的塑料Akulon®，帝斯曼工程塑料可以将这些优势与全球的Tier1和整车厂客户分享。Akulon®这一玻璃纤维增强PA6在全球150种交通工具中涵盖了1.2亿个系统安装，已被证明是最好的气囊应用材料：在很多方面不仅优于传统的金属材料，也优于其它塑料……
然而，一切才刚刚开始。新的篇章已经初见端倪，到那时，整辆车可能全部由塑料制成-从方向盘到底盘……
安全系统中的工程塑料：设想与现实
让时光回到1990年，颇具影响力的行业杂志《新科学》(1)大胆地预测：在未来的10到15年中，工程塑料部分的增长可能达到8-9%。
在汽车行业，这个预测后来经证明是有点保守的。经过将近20年的发展，在一般的汽车中，塑料的比重已经占到了50%。然而……我们只是刚刚看到先进热塑性塑料在汽车行业的潜能。
即使是金属最忠实的支持者也能够看到工程塑料的本质优势：它们灵活，耐用，而且最重要的是，轻--尽管体积占整个车体材料的50%，而塑料重量仅占车子实际重量的12-14%。
这一点听起来确实鼓舞人心，可是在行业内，这些优点并不总是客户考虑的最重要的因素，他们更多思考的可能是热塑性塑料的成本，强度和耐久性。不过，事实是最新款最先进的聚酰胺，在一些最为严酷的汽车环境中正在改写规则--尤其是在安全约束系统中。因此，分清设想和现实就显得尤为重要：
质疑：高性能热塑性塑料的性价比不如金属高
事实：作为原材料，不可否认的是塑料的公斤单价与铝相比没有什么竞争优势，然而这只是事实的一小部分。从某个部件的整个工作寿命看，高性能热塑性塑料的众多特性(重量，流动性和表观质量)的性价比极高，它们可以帮助减少能耗，工作部件少得多，所以设计的自由度就很高，由于减少了二级加工，因此最终可以提高生产率。
质疑：即使是高性能热塑性塑料，当应用在像气囊这样苛刻的环境中时，其强度还是不够的。
事实：帝斯曼工程塑料领先的聚酰胺，如Akulon®和Akulon® Ultraflow®在耐用性，刚性和综合强度方面已经证明是毫无疑问的，它们在极端条件下的表现要优于金属——因此，更能保障乘客的安全。
质疑：塑料不够环保，可持续性不强。
事实：首先，使用塑料所节约的能源远远超过制造塑料所需要的能源。事实上，生产塑料所需要的石油不到世界储量的5%。
这真是个令人惊叹的数据啊!如果我们能够让时光倒流，把西欧所有的汽车塑料部件用金属部件取代，对环境的伤害将是灾难性的：每年将多燃烧十亿多千焦的能量，将多排放97兆吨的温室气体。
如果用最珍贵的自然资源-原油来衡量，那些浪费的能源相当于两千两百万吨原油(2)。
综上所述，这些因素将赋予制造商和系统供应商们耳熟能详的那些词语，如“创新”、“持续改善”和“可持续性”全新的、更加深远的意义。事实是，高级聚酰胺给整个制造价值链，而不仅仅是材料成本，带来了一系列息息相关的好处……
聚酰胺的历史概要
聚酰胺(PA)不仅仅是最古老的工程塑料之一，也是应用最广的塑料之一，这都取决于它卓越的强度，刚性，耐用性和韧性--尤其是那些更高级的玻璃纤维增强：PA66和PA6。
帝斯曼对这类材料有着独一无二的视角，因为：a)在过去的56年中，帝斯曼一直从事着聚酰胺树脂的聚合生产和加工，b)它在己内酰胺——生产PA6的主要原材料——的制造领域占据领先地位。
在过去的50年中，利用帝斯曼技术，全球已经建立了至少19家己内酰胺生产厂：如果说，要想理解塑料的真正价值，首先要理解使它成为可能的原材料的话……可以说，没有哪个厂家比帝斯曼做得更好。
Akulon,全球最好的气囊壳体材料
在用于气囊壳体上的PA6材料中，Akulon® 凭借其性能和价值脱颖而出，成为全球首选的气囊材料。对于它的高级级别而言，这样的评价尤为贴切，如K224-PG6和K224-PG8(分别为30%和40%增强玻璃纤维，冲击改型PA6);和它的最新级别，Akulon Ultraflow®K-FPG8-现有的制造气囊生产效率最优的PA6材料。
今天，各个种类的Akulon®PA6的市场份额居全球第二--在欧洲尤为成功，欧洲的汽车行业已经掀起了用塑料替代金属的浪潮。
包括奥托立夫(Autoliv)和天合(TRW)在内的主要的Tie1供应商，在全球范围内越来越多的使用这种独特的聚酰胺材料，到目前为止，全球的150多种汽车中的应用数量为1.2亿-而且，最重要的是，失误为零。
谈到评估Akulon® 的价值，目前制造商所面临的最重要的问题是它作为材料的实用性。成功的机会只有一次。这需要勤奋而执著的研究和测试，可以说全球没有几家公司可以像帝斯曼那样投入，致力于验证生存解决方案，在服务于整个人类，和对地球负责及环保的同时获得利润。它足够牢固吗?毕竟，气囊是汽车上我们希望乘客们永远都不会用到的少数部件之一;然而，一旦用到，它必须丝毫不差。
简言之，在极端条件下，Akulon®已被证明是更安全、更牢固、更持久的。
高性能Akulon® 被证明是最有效的可承受极端环境的安全气囊壳体原材料，可以在-35℃的低温下正常工作，而不发生破裂或出现裂痕;而且在85℃的高温下表现出了优良的抗蠕变性能，其固定点不会出现松动的状况。
在耐用性方面，相对于金属来说，塑料具有两个非常简单的优势：它不会生锈-或断裂……但是Akulon® 的抗冲击性能如何呢?即使是那些看起来具有特殊机械性能的材料在极端的载荷速度下性能也会改变。
单单比较数据表中的性能已经远远不够了，标准的塑料测试也不能够说明问题-这就是为什么帝斯曼工程塑料技术团队的工程师和科学家们要研发出一系列经证明有效的、独特的测试，而且保持安全纪录中迄今没有污点的主要因素。
其中，最具影响力的是动态爆破压力测试了，测试时气囊袋内充满点爆后的混合气体。点火前的压力和气体(氧气)混合体是明确的，这样，实际的压力-时间曲线(用传感器进行测量)就可以反映出典型的现实载荷情况。其测试结果--经过很多一级系统供应商和OEM客户的多次测试验证—一致显示Akulon® K224-PG8PA6是制造气囊壳体的首选塑料。
Akulon® Ultraflow® 能够降低系统成本，并且将生产周期缩短25%
Akulon在较大的温度范围内保持平衡性能的能力已得到证实，同时也创造了生产率方面的收益，主要是其节省了额外设计部件所需要的时间和成本。其杰出的重量性能和外观特性为正在寻求周期短、效率高的工程师们提供了无与伦比的灵活性。对更先进的Akulon® Ultraflow®而言尤为贴切，与常规的PA6相比，它的流动性可以提高80%，注射成型的时间周期可以缩短25%。此外，该款材料还可以给诸如引擎盖之类的加强尼龙部件提供卓越的工艺特性，提高了零件的品质，减少了加工的工序。
Akulon® 灵活性很高，赋予设计工程师们创新和改善的自由。
10年前，金属气囊壳体中包括20个工作部件，重3.2公斤，涉及到12道工艺。今天，工作部件的数量只有5个，重量仅有1.2公斤，所使用的工艺只有6道工序。
Akulon® 的高灵活性与高适用性不仅节约了成本，而且使工程师们可以大展身手，去开发出更有效的工作方式——而且把精力放在他们的最爱上--创新。例如，流动性能优异的柔韧模制件可以有多种用途，而像固定支架这样的小部件都可能因融入气囊壳体而帮助推动设计的革新，从而创造一个更加有效的技术解决方案(这也将减少工艺步骤，节约时间和成本)。
Akulon® Ultraflow® 能够提高模具和设备的效率
通常，制造Akulon® Ultraflow®气囊壳体的模具设备都要比传统的注射成型设备吨位小。它们所消耗能源更少，而且还可以用于其他目的--尤其是那些多腔模具。最终提高了资金投入的回报率。
Akulon® 不但可以提高能源利用率，而且还支持可持续使用
帝斯曼做出郑重承诺：其生存解决方案不仅要能创造利润，还要造福地球。作为这个承诺的一方面，我们一直致力于研究开发出对环境影响最小的新科技。
增强塑料的最大优点之一是它的低重量潜质，在汽车行业尤其突出。一般来说，一辆汽车的重量减少100公斤，每行驶100公里将节约0.4升油。
例如，DSM工程塑料技术团队的优化壁厚的能力可以实现部件的最大限度的轻量化;这将最终大大降低碳的排放量。再次强调，这对于具有行业领先特性的Akulon® Ultraflow®
来说，该描述尤为贴切。
可持续性的问题已经远远超出了传统的可回收范畴，我们正在如下三个领域中大踏步前进着：
1 传统的回收意义上，就是把一个塑料部件熔化，改变构造，重塑成一个新的部件。因考虑到产品的质量，回收的材料一般都用在那些要求不太严格/性能稍差的应用上。换言之，一个气囊壳体现在可能变成一个简单的汽车部件，或沦落成为公园里的一条长凳。
l 原料回收：具体实践中会涉及到把完整的部件撕开，然后分离塑料;其次，通过化学反应构筑出新的“化学建筑结构块”。一个绝佳的实例是利用废旧的地毯提取己内酰胺，作为生产纯PA6的单体。
l 能源回收：通过燃烧废品来创造能源，作为矿物能源的有效替代。这虽然不是最理想的途径，但是要比掩埋处理要好得多。
客户的视角
与全球汽车行业最大的一级安全约束系统供应商—奥托立夫的合作，反映了Akulon®在气囊壳体领域内的领先地位。
“北美奥托立夫已经全面评估了用于汽车气囊壳体的帝斯曼的Akulon® K224-PG8PA6(尼龙6)玻璃纤维增强材料。此材料具有卓越的加工性能，大幅度降低产品的重量和成本，在极低的温度下仍显示出良好的延展性。此材料成功取代了铝和其他典型的金属气囊壳体材料。帝斯曼的Akulon®K224-PG8材料已经顺利通过了奥托立夫的腔内放置测试，测试温度为-30℃和+80℃，其试验和量产气囊箱壳体应用都经证明是成功的。”
摘选自奥托立夫公司的N.Bokhari博士和帝斯曼工程塑料公司的全球领导人M.Huisman博士对《酰胺6在汽车安全约束系统部件上的开发和使用》联合研究报告。
案例分析：通用汽车
挑战：通用是北美市场第一个(通过它的供应商，天合)使用增强Akulon®做气囊箱壳体的制造商。在美洲的大部分市场上，铝是制造这一部件的传统材料，原因很简单，因为它必须在-40℃和120℃的极端温度下操作—同时，它能够在气体燃烧初期、打开气囊的一刻承受至少4秒钟240℃的高温。
解决方案：使用注射成型的Akulon® K224-PG8作为替代材料—成功克服了以上挑战。帝斯曼工程塑料不仅供应塑料原材料，而且还提供计算机仿真如可行性(FEA)分析，模流分析等服务，以优化产品性能，降低成本。
分析师的视角
在全球范围内赢得客户的同时，Akulon®也获得了杰出分析师的赞誉。
Frost & Sullivan授予Akulon®PA62006年度业务发展战略奖(高韧性薄膜包装领域)，作为对其优越的技术性能和杰出的商业价值的认可。
在其最近的一篇关于汽车行业的分析报道中，这位全球公认的分析师称截至2012年全球从
汽车前部安全气囊，侧面安全气囊和窗帘安全气囊获得的收入总和将达到33.2亿欧元，复合增长率将近2%(3)。报告还宣称，在未来的几年内：“标准的前气囊预计将会被更加先进的双阶段智能气囊取代。”
这一观点得到了颇具影响力的Aroq-Just-Auto集团2008年一份报告的回应(4)。越来越智能化的综合电子控制系统的变革使被动和主动的安全之间的界限越来越模糊……越来越多的人们更关注主动的安全，使安全设施涵盖整个汽车，从源头避免事故的发生。
它继续了前面预测的结论：“汽车制造商的两难困境就是如何平衡他们在两个严酷的趋势之间研发所需投入的成本如美元，日元或欧元。一方面，减少燃料消耗和排放量的政策压力和越来越高的原油价格让所有的车主每次进加油站都如割肉一般。另一方面，当然在成熟的市场，不论是由于政策管制还是个体的自由意志，安全和持续改进永远都是指引前进的方向。”
气囊壳体的未来
Frost & Sullivan还有一个关于气囊未来的有趣的见解—全球化现象不断加深，尤其值得一提的是亚洲的崛起。报告中讲，在未来的二年中，单是巨大的中国市场就将有突飞猛进的增长，因为新的立法将在2010年生效，驾驶员安全气囊的饱和度将从68%上升到100%。
帝斯曼及其工程塑料技术团队已经在与中国领先的一级供应商合作一些重大的项目，而这所有的一切才刚刚开始。
谈及在北美和欧洲的业务拓展，其趋势将是延伸增强聚酰胺的应用范围，实现从驾驶员安全气囊到乘客安全气囊的发展，最后实现一个级别的产品涵盖整套的安全气囊(驾驶员安全气囊，乘客安全气囊和膝部气囊)。
关于上面已经谈及的被动和主动的安全特征之间的整合趋势，我们看到越来越多的功能性被作为整个组件的一部分添加到了气囊壳体上面。例如，通过塑料，制造商们将各种各样的新功能与壳体整合，作为一般注射成型工艺的一部分。
汽车用聚酰胺材料的未来
今天，汽车上塑料的平均用量占到了12-14%。在未来10年中，我们有望看到这个数字翻番，达到20-24%。
现在，我们已经开始大胆尝试在一些新领域中使用工程塑料，比如方向盘(具体来说，即Akulon®的姊妹材料Arnitel®);同时，更先进的材料，如Akulon® Ultraflow®是制造汽车引擎盖和进气歧管的理想材料。
此外，一个全新的时代正在来临，车体结构的主要部件将用塑料制成，例如位于底盘关键点的坚固的增强型部件—可以将车的重量减少12公斤。
诸如DSM Akulon®这样的高性能聚酰胺材料的未来确实很光明……
关于帝斯曼工程塑料：全球解决方案领导者
把我们公司的整个宗旨整合在一起，可以用三个简单的词语概括：人类，地球，利润：‘生存解决方案’由行业内的一些精英人员研制，为安全，环境和底线做出贡献。
帝斯曼工程塑料不仅仅是一个材料供应商
从公司出色的研发团队到其在测试、设计、仿真工程分析(尤其是CAE)方面的专知，以及向客户提供的其他先进的工程服务，所有的一切都表明帝斯曼是一个能够使价值链的多个环节增值的合作伙伴—不论在哪儿，始终坚持不懈。
帝斯曼工程塑料是一家真正意义上的全球化公司，员工数量达1500名，工厂遍及荷兰，美国，日本，中国，印度，比利时和德国，2007年的营业收入达1068欧元。
相似的是，帝斯曼在工程塑料行业，尤其是汽车领域里的专业特长，远远超出了气囊这一范畴。实际上，Akulon®只不过是帝斯曼工程塑料家族的一员，此外还有Stanyl®耐热聚酰胺，Arnitel® TPE-E, Arnitel®PBT和PET聚酯，Xantar®聚碳酸酯,和Yparex®可挤压粘合树脂。
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