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

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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奧迪 e-tron！

 

這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構粘接膠方案，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系（油管視頻@4Drive Time）

這種“迷思”一直持續到2013年。

 

那一年歐6排放標準出臺，歐盟的節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航里程的關系（中國產業信息網、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“車身太輕開高速會發飄”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，輕質重質材料搭配著用，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”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“應力形變”帶來的撕扯！

 

 

溫度變化時，車身備受應力的撕扯

（theseus-fe.com）

 

其實這個問題在傳統車身上也存在，只不過人家整車只用純鋼一種材料，各個結構件步調一致的“同收縮，共膨脹”。因此在“焊點”、“鉚接”處應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”大相徑庭！

 

 

“輕量化”白車身材料的熱膨脹系數

（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。

 

步調不一致，系統就有解體的風險

（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——不同材料結構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。

 

 

影響輕量化系數的關鍵指標（bing.com）

 

其中“車身扭轉剛度”這個參數，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”的車身結構連接方案！

 

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

 

只不過最終確定的技術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在圈內試著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從實驗室里隨手拿了一罐屬于“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復合連接技術研究進展_李紅）

 

 

杜邦?BETAMATE?車身結構膠的應用場景

（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鈑金被完全撕裂，而點了這款膠水的結構件卻基本保持了完整！

 

 

杜邦?BETAMATE?結構膠大幅改善鈑金撕裂問題（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”的環氧樹脂膠水，自此有了一個日后在“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BMW的工程師看到用膠水粘起來的鈑金結構，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家們看來，這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，從結構力學角度分析一下，就能很容易解釋這種看似違背常識的現象了：

 

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

 

 

 

而BETAMATE?結構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，現在說起這些已經是理所當然。
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！

 

除了對產業趨勢敏銳的洞察力，就是靠深厚的材料技術積淀了吧！

 

05
—

“輕量化”的造車新勢力

 

時間來到2020年國慶節，北京車展現場人頭攢動。

 

在很多頗具話題性的本土車型里面，我們同樣發現了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的老牌歐洲巨頭們同臺競技，精彩異常！

 

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

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