未來汽車的“輕量化”需要跨時代的新材料比如杜邦?BETAMATE? 車身粘接黑科技

本文同步自 “膠我選APP” 的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，誠摯感謝

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2020真是大落之后又大起的一年！

 

開春時人們還在為口罩發(fā)愁，誰能想到半年之后的10月份，北京就熱熱鬧鬧地舉行了本年度全球唯一的A級車展！

 

同樣讓人想不到的是，為了實現(xiàn)更高的推重比，汽車廠商們都是如此激進地想要借助“膠水”方案實現(xiàn)車體的“輕量化”！

 

其中最有風向標意義的，就是首次亮相的國產(chǎn)奧迪 e-tron！

 

這款新車的電池系統(tǒng)竟然用杜邦的BETAFORCE?聚氨酯導(dǎo)熱膠完全取代了點焊和鉚釘！一舉成為汽車史上車體用膠面積最大的車型！

  

（圖片來源 微博@齊宇時間）

而同屬BBA三豪門的奔馳AMG GLA35和BMW iX3也采用了大量杜邦的車體結(jié)構(gòu)粘接膠方案，只求在保證性能的前提下盡可能地降低車身重量！

 

 

奔馳AMG GLA35、BMW iX3

（圖片來源  Billy先生、 微博@張彥鈞-Kevin）

這就讓人感覺，汽車行業(yè)的風向是真的變了！

 

01
—“車重”的迷思

記得就在十年前，如果逛車友論壇，幾乎所有人都還是一邊倒地支持“皮厚餡大車身重”的歐系品牌。

 

理由簡單又粗暴——太輕不抗撞，車身重一點才踏實！

 

雖然當時各路“懂車帝”們想盡一切辦法給大眾科普：車輛的安全性和車重真的沒啥直接關(guān)系！

 

但是“吃瓜群眾”們依然表示反正花一樣的價錢，買個重一點的肯定不吃虧就是了！

 

對撞實驗：證明車重和安全性沒有直接關(guān)系（油管視頻@4Drive Time）

這種“迷思”一直持續(xù)到2013年。

 

那一年歐6排放標準出臺，歐盟的節(jié)能減排政策進一步收緊，如何更加省油成了車廠的頭號大事！

 

混合動力技術(shù)當然是個好辦法，不過除此之外廠商們也惦記上了車子的“體重”！

 

因為相關(guān)研究顯示，在動力不變的情況下，只要車身減重100kg，就可以輕松節(jié)油6%！這相當于每百公里少燒半升油，減排效果真是立竿見影啊！

 

 

新能源汽車重量與續(xù)航里程的關(guān)系（中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)、巨豐投顧）

于是當初把“敦實厚重”作為賣點的歐洲大廠們集體轉(zhuǎn)向，接連推出多款時尚炫酷的“輕量化”旗艦車型。

 

 

輕量化的奧迪A8（sohu.com）

一時間，能否成功“輕量化”突然就成了車企技術(shù)實力的硬指標！

 

也是從那時候開始，汽車論壇上才沒人再糾結(jié)“車身太輕開高速會發(fā)飄”了……

 

 

BMW i3的輕量化白車身

（i3guide.com）

 

只不過作為吃瓜消費者，還是不免會心里犯嘀咕：

 

車身做得“輕飄飄”，一旦發(fā)生碰撞，安全性真的能有保證嗎？

 

02
—“輕量化”車身的安全隱患
其實這種擔心也不能說是“瞎操心”！只不過影響安全的不是“輕飄飄”的車重，而是車體的強度！

 

說直白一點，就是如果車身用了“輕量化”材料，受到碰撞后可能更容易散架！

 

舉個例子，豪車代表奧迪A8曾被歐洲車身會議（ECB）評為“2017年度最佳輕量車”。但是仔細研究一下他的構(gòu)造就會生出一個疑問——這車的用料怎么就是個“大拼盤”啊！

 

比如白車身的材料里面既有“超級輕”的碳纖維，也有“一般輕”的鋁合金、鎂合金，更有大量“不怎么輕”的鋼材料！

 

 

 

由多種輕量化材料拼接而成的白車身

（audi.com）

 

其實，奧迪也不想這樣……

 

但是無奈“輕量化材料”的成本是個攔路虎——別說“高大上”的碳纖維了，即便是已經(jīng)很普及的鋁合金，如果整車都用上，售價也快到百萬人民幣級別了！

 

所以在目前的生產(chǎn)力階段，只能在“輕但是貴”和“便宜但是重”之間取一個平衡點，輕質(zhì)重質(zhì)材料搭配著用，只求在消費者能承受的范圍盡量把車做的輕一些！

 

 

“輕量化”汽車必須找到“輕量”與“成本”的平衡點（電影《云中漫步》劇照）

 

然而這樣一來，一個潛藏的問題就被擺到了桌面：

 

這些拼在一起的不同種類的材料“熱膨脹系數(shù)”全都不一樣！

 

直接的后果就是車體的“焊點”、“鉚接”部位要面對熱脹冷縮時“應(yīng)力形變”帶來的撕扯！

 

 

溫度變化時，車身備受應(yīng)力的撕扯

（theseus-fe.com）

 

其實這個問題在傳統(tǒng)車身上也存在，只不過人家整車只用純鋼一種材料，各個結(jié)構(gòu)件步調(diào)一致的“同收縮，共膨脹”。因此在“焊點”、“鉚接”處應(yīng)力造成的破壞也就沒那么明顯。

 

但是再看一下“輕量化”的A8車身，鋼鋁鎂塑碳幾種材料的“熱膨脹系數(shù)”大相徑庭！

 

 

“輕量化”白車身材料的熱膨脹系數(shù)

（bing.com）

 

情況就像趣味運動會里面的“綁腿跑”，每個人邁步大小都不一樣，很容易就互相拉扯摔跟頭。

 

步調(diào)不一致，系統(tǒng)就有解體的風險

（bilibili@菜菜的豆沙）

 

所以“輕量化”汽車需要解決的問題就很明確了——不同材料結(jié)構(gòu)件的熱脹冷縮不同步，時間長了車體框架必然變得松散！此時一旦受到外力沖擊，車身就面臨解體的風險！

 

看來光是輕沒用，只有同時做到又輕又結(jié)實，才是“輕量化好車”！

 

也正是考慮到了這個因素，歐洲人就給“輕量化”汽車的整體性能制定了一個可衡量的指標——輕量化系數(shù)。

 

 

影響輕量化系數(shù)的關(guān)鍵指標（bing.com）

 

其中“車身扭轉(zhuǎn)剛度”這個參數(shù)，就是明確要求車廠好好做一下功課，想辦法制定一套不會“散架”的車身結(jié)構(gòu)連接方案！

 

說到這里真的要“吹爆”一下歐洲車廠，這方面的前瞻性研發(fā)人家早在30年前就開始做了！

 

只不過最終確定的技術(shù)路線出乎所有人的意料——用膠水粘！

 

03
—干掉“鉚釘”的“超級膠水”

事情始于上世紀90年代。

 

當時BMW在圈內(nèi)試著尋找增強車身結(jié)構(gòu)的解決方案。杜邦公司瑞士研究中心的工程師就從實驗室里隨手拿了一罐屬于“全新概念”的環(huán)氧樹脂膠水樣品送去測試。（超輕鋼汽車材料高效復(fù)合連接技術(shù)研究進展_李紅）

 

 

杜邦?BETAMATE?車身結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用場景

（bxjmag.com）

之所以說這款膠水是“全新概念”，主要是因為普通的環(huán)氧材料本身像玻璃一樣又硬又脆；

 

但是杜邦的這款還在實驗室中全新概念的環(huán)氧樹脂膠水卻做到了既有玻璃的堅硬，又具備了敲不碎的“韌性”！

 

結(jié)果一試即中！在沖擊實驗中，用鉚釘和焊點連接的鈑金被完全撕裂，而點了這款膠水的結(jié)構(gòu)件卻基本保持了完整！

 

 

杜邦?BETAMATE?結(jié)構(gòu)膠大幅改善鈑金撕裂問題（乘用車白車身金屬結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用_吳強）

 

BMW公司如獲至寶，很快就把它用在了1999年出品的寶馬5系車型上！

 

1999年的BMW 5系

第一款使用杜邦?BETAMATE?膠水的車型

 

而這款“堅硬又柔韌”的環(huán)氧樹脂膠水，自此有了一個日后在“輕量化”汽車行業(yè)很響亮的品名——BETAMATE?車身結(jié)構(gòu)膠！

杜邦?BETAMATE?車身結(jié)構(gòu)膠（dupont.com）

 

相信當時BMW的工程師看到用膠水粘起來的鈑金結(jié)構(gòu)，竟然比焊接鉚接更結(jié)實，應(yīng)該是非常震驚吧！

然而在杜邦公司的科學家們看來，這無非是材料技術(shù)又一次破除了“膠水不如鐵釘”的偏見而已。

 

04
—專門“粘”汽車的結(jié)構(gòu)膠
其實，從結(jié)構(gòu)力學角度分析一下，就能很容易解釋這種看似違背常識的現(xiàn)象了：

 

焊接和鉚釘是通過一個個離散的作用點將車身結(jié)構(gòu)拼在一起，一旦有外力襲來，承受沖擊的是數(shù)量有限的連接點。
這種情況下，連接點發(fā)生碎裂是大概率事件！

 

 

 

而BETAMATE?結(jié)構(gòu)膠的連接是一個二維平面，外力會被均勻的擴散開！因此更能保持連接面的完整性！

 

 

 

畢竟，沖擊力的能量，還是要靠車身金屬的延展變形來吸收掉。

 

那么在這個過程中，只有連接部位保持完整不解體，中間的金屬板才可以被拉伸變形, 最終將動能化解！（結(jié)構(gòu)膠連接與現(xiàn)代汽車車身連接技術(shù)_楊曉軍）

 

 

（結(jié)構(gòu)膠連接與現(xiàn)代汽車車身連接技術(shù)_楊曉軍）

 

當然，現(xiàn)在說起這些已經(jīng)是理所當然。
但是30年前，杜邦的科學家們敢于對一砸就碎的環(huán)氧樹脂下手，最終把它改造成了強度足以“粘”住車身的全新材料！

 

除了對產(chǎn)業(yè)趨勢敏銳的洞察力，就是靠深厚的材料技術(shù)積淀了吧！

 

05
—

“輕量化”的造車新勢力

 

時間來到2020年國慶節(jié)，北京車展現(xiàn)場人頭攢動。

 

在很多頗具話題性的本土車型里面，我們同樣發(fā)現(xiàn)了BETAMATE?結(jié)構(gòu)膠的存在！

比如，霸氣的紅旗E-HS9！

（圖片來源 微博@汽車洋蔥圈）
沃爾沃與吉利混血的極星Polestar！

（圖片來源 微博@XiaPhotography 2018）

 

北汽全新的高端電動車品牌ARCFOX！

 

 

（圖片來源 billy先生、微博 @汽車洋蔥圈）

 

以及由網(wǎng)友投票取名的長城汽車新車型——哈弗大狗！

 

（圖片來源 微博@愛拍車的小鋼炮）

 

充滿銳氣的中國造車新勢力和厚積薄發(fā)的老牌歐洲巨頭們同臺競技，精彩異常！

 

而低調(diào)躲在帷幕之后，默默的對場上的各路選手“鼎力相助”的杜邦?BETAMATE?結(jié)構(gòu)膠，也可算得上是一個名正言順的“隱形冠軍”了吧！

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