汽车的轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽量使车身减重,达到节能减排的目的。在“双碳”目标驱动下,汽车轻量化已成为不可逆转的发展趋势。而在这场变革中,胶粘剂凭借其独特的材料适应性和功能集成性,成为连接轻量化材料的“隐形纽带”,推动汽车制造从传统工艺向高效、环保、智能方向转型。
一、轻量化:汽车工业的必然选择
1. 节能减排的硬性需求
全球碳排放法规日益严格,欧盟最新的碳排放标准要求到2030年乘用车碳排放比2021年降低55%,轻型货车降低50%,到2035年,不管是乘用车还是轻型汽车,碳排放都要减少100%,这一硬性指标迫使汽车制造商不得不重新审视传统车身材料的应用比例。有数据显示,传统燃油车汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6-8%,续航里程提升5-10%,汽车整车质量每减少100KG,百公里耗油可降低0.3-0.6升;汽车重量减重10%,油耗可降低6-8%。新能源汽车整车重量降低10%,电耗可下降6.3%,续航里程提升5-6%;每减重10KG,续航里程可增加2.5km;减重10%,能耗降低6.3%;减重20%,能耗降低9.5%。
2. 材料变革的挑战
现代汽车制造中,超高强度钢(UHSS)和先进高强度钢(AHSS)的应用比例大大提升,这类材料最大的优势在于能够在不增加重量的情况下提高车身刚性,同时保持与传统钢材相近的加工性能。而铝合金材料则凭借其出色的重量特性(密度仅为钢的1/3)在车身覆盖件和结构件中快速普及,如特斯拉一些车型的全铝车身设计比传统钢车身减重20-45%,显著优化能耗与续航,奥迪、路虎等传统车企也早已在高端车型中大规模采用铝合金。具有更轻重量(密度比铝低30%)的镁合金因为全球供应链的不稳定性和腐蚀问题制约其大规模应用,转向柱支架、座椅骨架等对防腐要求相对较低的内部部件。复合材料(特别是碳纤维复合材料电池箱可减重40%,间接提升能量密度与续航能力)在高端车型和新能源汽车电池包中展现出独特价值,如宁德时代CTP电池技术通过结构优化降低电池包重量,提升续航10-15%,但高昂的成本(是钢材的10-15倍)和回收难题使其难以在主流车型中普及。
这些轻量化材料的广泛应用带来的直接挑战是如何实现不同材料之间的可靠连接,传统机械连接方式(如焊接、铆接)在面对铝合金、钛合金、碳纤维增强塑料等一些轻质材料时遇到巨大障碍。胶粘剂因其适应性强、应力分布均匀可使被粘接物强度和刚性得以体现,具有强度高、成本低、质量轻的优势,成为连接异种材料的理想选择。如混合金属与塑料的粘接若未使用结构胶密封,可能导致电化学腐蚀,而胶粘剂能有效隔离不同材质,延长部件寿命。
二、轻量化胶粘应用场景:从车身到电池的全覆盖
车身粘接
A. 车身结构粘接是使用胶粘剂技术与点焊、铆接共同构成的混合连接系统,其中胶粘剂不仅承担了重要的连接密封功能,还提升了汽车整体刚度并减轻重量。如使用聚氨酯胶粘接碳纤维与铝合金车门,在减重40%的同时还能避免钻孔导致的强度损失。
B. 车身功能件固定方面,常使用结构胶。前A柱装饰条、车顶饰条等传统上采用机械夹持或焊接的部件,改用结构胶不仅能够消除钻孔导致的腐蚀风险,同时使设计更加简洁流畅。后视镜底座使用丙烯酸胶粘剂粘接,不仅能够减少30%底座厚度,还能保持同等抗风振能力,这对降低风噪和风阻具有积极意义。
车顶和底盘
车顶和底盘使用环氧胶粘接玻璃纤维增强塑料(GFRP)与金属框架,实现轻量化与耐腐蚀双重目标。
四门两盖
在汽车四个车门、发动机盖和行李箱盖的折边连接中,使用结构胶结合机械折边的工艺,以提高强度、密封性、耐腐蚀性和NVH(噪声、振动与声振粗糙度)性能。常使用环氧胶对车门、发动机盖等高应力部位的折边连接,使用聚氨酯胶对行李箱盖或对柔性要求较高的折边部位连接,使用丙烯酸胶对发动机盖等需要高效生产的部件连接。
三电系统
A. 电机壳体密封与防护使用有机硅粘接密封胶对BMS模块壳体密封、控制器壳体密封,将聚氨酯密封胶应用于电机端盖与壳体接缝处,以适应振动和温湿度变化。磁体固定使用高粘接强度的环氧树脂胶粘接磁体、不锈钢等基材;硅钢片叠片使用低密度丙烯酸胶在保证粘接强度的同时减少重量。定子线圈灌封使用高玻璃化转变温度、低热膨胀系数、耐冷却液和机油侵蚀的导热灌封胶确保线圈长期稳定运行。
B. 电池包作为电动汽车最重的部件,其轻量化需求尤为迫切。电池制造商正在广泛采用胶粘剂替代传统螺栓连接。圆柱形动力电池使用有机硅导热灌封胶导热灌封、使用有机硅导热填缝剂对电池包底板导热,使用聚氨酯导热胶粘剂对电芯/电芯与液冷板粘接,不仅减轻了15-20%的连接结构重量,还通过连续的胶层实现了更好的密封、防尘、导热效果。
C. 电控系统作为电动汽车的大脑,防护和散热尤为重要。使用有机硅凝胶灌封功率模块,兼顾散热与绝缘;IGBT模块粘接将导热胶用于芯片与散热器之间进行功率模块散热;控制器PCB使用UV共形覆膜三防漆进行保护,提升电控系统的可靠性。
部件密封连接
汽车前围、侧围以及地板等部位的密封。使用密封胶能有效防止灰尘等杂物进入接头区域,确保汽车各部件的连接紧密可靠。
胶粘剂与轻量化材料的结合,不仅是技术创新的成果,更是汽车工业迈向绿色未来的关键一步。从替代传统工艺到赋能整车胶粘设计,胶粘剂正以“隐形力量”重塑汽车制造的边界。随着材料科学与工艺技术的持续突破,这一领域将为全球汽车产业注入更高效、更安全、更可持续的新动能。
安川立足电子胶粘剂领域,致力于高分子胶粘材料的研发、生产和销售,产品涵盖粘接、密封、导热、灌封、三防五大应用领域,针对汽车的生产、组装工艺,提供粘接、密封、导热、灌封、三防等功能性应用,为客户提供合适的汽车胶粘解决方案。
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