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

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2020真是大落之後(hòu)又大起(qǐ)的一年！

 

開(kāi)春時(shí)人們還(hái)在爲口罩發(fā)愁，誰能(néng)想到半年之後(hòu)的10月份，北京就(jiù)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，爲了實現更高的推重比，汽車廠商們都(dōu)是如此激進(jìn)地想要借助“膠水”方案實現車體的“輕量化”！

 

其中最有風向(xiàng)标意義的，就(jiù)是首次亮相的國(guó)産奧迪 e-tron！

 

這(zhè)款新車的電池系統竟然用杜邦的BETAFORCE™聚氨酯導熱膠完全取代了點焊和鉚釘！一舉成(chéng)爲汽車史上車體用膠面(miàn)積最大的車型！

  

（圖片來源 微博@齊宇時(shí)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構粘接膠方案，隻求在保證性能(néng)的前提下盡可能(néng)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(zhè)就(jiù)讓人感覺，汽車行業的風向(xiàng)是真的變了！

 

01
—“車重”的迷思

記得就(jiù)在十年前，如果逛車友論壇，幾乎所有人都(dōu)還(hái)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(shí)各路“懂車帝”們想盡一切辦法給大衆科普：車輛的安全性和車重真的沒(méi)啥直接關系！

 

但是“吃瓜群衆”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(jiù)是了！

 

對(duì)撞實驗：證明車重和安全性沒(méi)有直接關系（油管視頻@4Drive Time）

這(zhè)種(zhǒng)“迷思”一直持續到2013年。

 

那一年歐6排放标準出台，歐盟的節能(néng)減排政策進(jìn)一步收緊，如何更加省油成(chéng)了車廠的頭号大事(shì)！

 

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

 

因爲相關研究顯示，在動力不變的情況下，隻要車身減重100kg，就(jiù)可以輕松節油6%！這(zhè)相當于每百公裡(lǐ)少燒半升油，減排效果真是立竿見影啊！

 

 

新能(néng)源汽車重量與續航裡(lǐ)程的關系（中國(guó)産業信息網、巨豐投顧）

于是當初把“敦實厚重”作爲賣點的歐洲大廠們集體轉向(xiàng)，接連推出多款時(shí)尚炫酷的“輕量化”旗艦車型。

 

 

輕量化的奧迪A8（sohu.com）

一時(shí)間，能(néng)否成(chéng)功“輕量化”突然就(jiù)成(chéng)了車企技術實力的硬指标！

 

也是從那時(shí)候開(kāi)始，汽車論壇上才沒(méi)人再糾結“車身太輕開(kāi)高速會(huì)發(fā)飄”了……

 

 

BMW i3的輕量化白車身

（i3guide.com）

 

隻不過(guò)作爲吃瓜消費者，還(hái)是不免會(huì)心裡(lǐ)犯嘀咕：

 

車身做得“輕飄飄”，一旦發(fā)生碰撞，安全性真的能(néng)有保證嗎？

 

02
—“輕量化”車身的安全隐患
其實這(zhè)種(zhǒng)擔心也不能(néng)說(shuō)是“瞎操心”！隻不過(guò)影響安全的不是“輕飄飄”的車重，而是車體的強度！

 

說(shuō)直白一點，就(jiù)是如果車身用了“輕量化”材料，受到碰撞後(hòu)可能(néng)更容易散架！

 

舉個例子，豪車代表奧迪A8曾被歐洲車身會(huì)議（ECB）評爲“2017年度最佳輕量車”。但是仔細研究一下他的構造就(jiù)會(huì)生出一個疑問——這(zhè)車的用料怎麼(me)就(jiù)是個“大拼盤”啊！

 

比如白車身的材料裡(lǐ)面(miàn)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“不怎麼(me)輕”的鋼材料！

 

 

 

由多種(zhǒng)輕量化材料拼接而成(chéng)的白車身

（audi.com）

 

其實，奧迪也不想這(zhè)樣……

 

但是無奈“輕量化材料”的成(chéng)本是個攔路虎——别說(shuō)“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(dōu)用上，售價也快到百萬人民币級别了！

 

所以在目前的生産力階段，隻能(néng)在“輕但是貴”和“便宜但是重”之間取一個平衡點，輕質重質材料搭配著(zhe)用，隻求在消費者能(néng)承受的範圍盡量把車做的輕一些！

 

 

“輕量化”汽車必須找到“輕量”與“成(chéng)本”的平衡點（電影《雲中漫步》劇照）

 

然而這(zhè)樣一來，一個潛藏的問題就(jiù)被擺到了桌面(miàn)：

 

這(zhè)些拼在一起(qǐ)的不同種(zhǒng)類的材料“熱膨脹系數”全都(dōu)不一樣！

 

直接的後(hòu)果就(jiù)是車體的“焊點”、“鉚接”部位要面(miàn)對(duì)熱脹冷縮時(shí)“應力形變”帶來的撕扯！

 

 

溫度變化時(shí)，車身備受應力的撕扯

（theseus-fe.com）

 

其實這(zhè)個問題在傳統車身上也存在，隻不過(guò)人家整車隻用純鋼一種(zhǒng)材料，各個結構件步調一緻的“同收縮，共膨脹”。因此在“焊點”、“鉚接”處應力造成(chéng)的破壞也就(jiù)沒(méi)那麼(me)明顯。

 

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

 

 

“輕量化”白車身材料的熱膨脹系數

（bing.com）

 

情況就(jiù)像趣味運動會(huì)裡(lǐ)面(miàn)的“綁腿跑”，每個人邁步大小都(dōu)不一樣，很容易就(jiù)互相拉扯摔跟頭。

 

步調不一緻，系統就(jiù)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(jiù)很明确了——不同材料結構件的熱脹冷縮不同步，時(shí)間長(cháng)了車體框架必然變得松散！此時(shí)一旦受到外力沖擊，車身就(jiù)面(miàn)臨解體的風險！

 

看來光是輕沒(méi)用，隻有同時(shí)做到又輕又結實，才是“輕量化好(hǎo)車”！

 

也正是考慮到了這(zhè)個因素，歐洲人就(jiù)給“輕量化”汽車的整體性能(néng)制定了一個可衡量的指标——輕量化系數。

 

 

影響輕量化系數的關鍵指标（bing.com）

 

其中“車身扭轉剛度”這(zhè)個參數，就(jiù)是明确要求車廠好(hǎo)好(hǎo)做一下功課，想辦法制定一套不會(huì)“散架”的車身結構連接方案！

 

說(shuō)到這(zhè)裡(lǐ)真的要“吹爆”一下歐洲車廠，這(zhè)方面(miàn)的前瞻性研發(fā)人家早在30年前就(jiù)開(kāi)始做了！

 

隻不過(guò)最終确定的技術路線出乎所有人的意料——用膠水粘！

 

03
—幹掉“鉚釘”的“超級膠水”

事(shì)情始于上世紀90年代。

 

當時(shí)BMW在圈内試著(zhe)尋找增強車身結構的解決方案。杜邦公司瑞士研究中心的工程師就(jiù)從實驗室裡(lǐ)随手拿了一罐屬于“全新概念”的環氧樹脂膠水樣品送去測試。（超輕鋼汽車材料高效複合連接技術研究進(jìn)展_李紅）

 

 

杜邦™BETAMATE™車身結構膠的應用場景

（bxjmag.com）

之所以說(shuō)這(zhè)款膠水是“全新概念”，主要是因爲普通的環氧材料本身像玻璃一樣又硬又脆；

 

但是杜邦的這(zhè)款還(hái)在實驗室中全新概念的環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”！

 

結果一試即中！在沖擊實驗中，用鉚釘和焊點連接的钣金被完全撕裂，而點了這(zhè)款膠水的結構件卻基本保持了完整！

 

 

杜邦™BETAMATE™結構膠大幅改善钣金撕裂問題（乘用車白車身金屬結構膠的應用_吳強）

 

BMW公司如獲至寶，很快就(jiù)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(zhè)款“堅硬又柔韌”的環氧樹脂膠水，自此有了一個日後(hòu)在“輕量化”汽車行業很響亮的品名——BETAMATE™車身結構膠！

杜邦™BETAMATE™車身結構膠（dupont.com）

 

相信當時(shí)BMW的工程師看到用膠水粘起(qǐ)來的钣金結構，竟然比焊接鉚接更結實，應該是非常震驚吧！

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

 

04
—專門“粘”汽車的結構膠
其實，從結構力學(xué)角度分析一下，就(jiù)能(néng)很容易解釋這(zhè)種(zhǒng)看似違背常識的現象了：

 

焊接和鉚釘是通過(guò)一個個離散的作用點將(jiāng)車身結構拼在一起(qǐ)，一旦有外力襲來，承受沖擊的是數量有限的連接點。
這(zhè)種(zhǒng)情況下，連接點發(fā)生碎裂是大概率事(shì)件！

 

 

 

而BETAMATE™結構膠的連接是一個二維平面(miàn)，外力會(huì)被均勻的擴散開(kāi)！因此更能(néng)保持連接面(miàn)的完整性！

 

 

 

畢竟，沖擊力的能(néng)量，還(hái)是要靠車身金屬的延展變形來吸收掉。

 

那麼(me)在這(zhè)個過(guò)程中，隻有連接部位保持完整不解體，中間的金屬闆才可以被拉伸變形, 最終將(jiāng)動能(néng)化解！（結構膠連接與現代汽車車身連接技術_楊曉軍）

 

 

（結構膠連接與現代汽車車身連接技術_楊曉軍）

 

當然，現在說(shuō)起(qǐ)這(zhè)些已經(jīng)是理所當然。
但是30年前，杜邦的科學(xué)家們敢于對(duì)一砸就(jiù)碎的環氧樹脂下手，最終把它改造成(chéng)了強度足以“粘”住車身的全新材料！

 

除了對(duì)産業趨勢敏銳的洞察力，就(jiù)是靠深厚的材料技術積澱了吧！

 

05
—

“輕量化”的造車新勢力

 

時(shí)間來到2020年國(guó)慶節，北京車展現場人頭攢動。

 

在很多頗具話題性的本土車型裡(lǐ)面(miàn)，我們同樣發(fā)現了BETAMATE™結構膠的存在！

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）

 

以及由網友投票取名的長(cháng)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(guó)造車新勢力和厚積薄發(fā)的老牌歐洲巨頭們同台競技，精彩異常！

 

而低調躲在帷幕之後(hòu)，默默的對(duì)場上的各路選手“鼎力相助”的杜邦™BETAMATE™結構膠，也可算得上是一個名正言順的“隐形冠軍”了吧！

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