绿色设计

SMM网讯：美国密歇根州DEARBORN（2013年1月8日）福特汽车公司已将其汽车零部件再生项目的范围扩大至保险杠和车前灯，在过去两年里再生了大约62000个保险杠和26000个车前灯。

福特的再制造和再生计划的负责人Kim Goering在新闻稿中说道：“通过［再生］计划重新回到我们这里的大部分零部件仍有很大的利用价值。

我们尽一切可能来延长这些零部件的使用寿命，这已成为一项很有说服力的商业案例。

”总部位于美国密歇根州Dearborn的福特公司早在2003年推出了这一“核心回收计划”（Core Recovery Program），最初主要回收发动机部件这类大型金属件，还有价值较高的电子传感器和喷油器等。

据福特估计，自从该计划启动以来，1.2亿磅（约55000吨）的废弃零部件免于被填埋处理的命运，得到了再生。

两年前，福特把回收范围扩大至保险杠和车前灯，因为这些零部件中有大量的塑料可供再生。

如今，一般的前灯都是由多个部件组装而成，含有价格不菲的聚碳酸酯和其他工程塑料。

反射器、线束和灯泡本身也很有利用价值，福特的管理者这样说道。

保险杠一般长5-6英尺（1.5-1.8米），重20磅（9公斤）。

Goering说：“我们回收的零部件快速增加，可见回收计划的重要影响力。

”该回收计划通过福特的各大汽车维修门店进行，其运作方式与废瓶回收系统很相似。

经销商只要对每个新零件支付一定的费用，就可以用损坏的零部件以旧换新，但之后只要把旧的零部件归还就可以领回这笔钱。

损坏的零部件通常被送至专事零部件再生的第三方公司。

以保险杠为例，保险杠经过重新研磨后可让热塑性聚烯烃和其他热塑性塑料得到再利用。

而其他仍可以使用的零部件可进行维修、清洗并测试，再做二次销售。

对于无法维修或再生的零部件，福特会全程监管其弃置过程。

福特区域核心回收中心网络（Ford Regional Core Recovery Center Network）的负责人Mark Trombetta说道，除对环境有利外，该计划还能避免损坏的福特零部件继续在市场上流通——除非这些零部件通过测试。

这能帮助福特树立起良好的质量形象。

Goering说：“我们为不同的产品设计商业案例，这是一项艰巨而又庞大的任务，因为现在车辆中用到的零部件数量很多，而且颇为复杂。

”面向回收的设计产品可回收性是其物质载体再生利用的关键问题，各种各样的回收策略都是促使产品的物质载体形成可循环利用状态。

废弃产品的回收利用能减轻自然资源的消耗强度，同时可减少废弃物对环境的危害。

欧盟、美国和日本等国先后颁布了有关产品回收与利用的法律法规，引起了学术界和工业界的高度重视。

许多学者和研究人员针对产品的可回收性提出了各自不同的理论，其中面向回收的设计（DFR ：Design for Recycling ）最具代表性。

所谓的面向回收的设计是指在产品设计时，应保证产品、零部件的回收率和材料再生利用率，并达到节约资源及对环境影响最小的目的。

广义上讲，产品可回收性设计包括以下内容：可回收材料的选择和可回收性标识、可回收产品及零部件的结构设计、可回收工艺及方法的确定和可回收经济性评价等等。

面向回收的设计思想要求在产品设计时，既要减少对环境的影响，又要使资源得到充分利用，同时还要明显降低产品的生产成本。

（1）合理选择材料1）应用新型材料。

在汽车上使用的树脂类材料必须具有足够的刚度、冲击韧性和良好的可回收性，并且材料回收再利用时，性能不能退化。

例如，丰田公司采用新的结晶理论进行材料分子结构设计技术，开发出了商业化的丰田超级石蜡聚合物（TSOP ：Toyota Super Olefin Polymer ）。

这是一种热塑性塑料，它比常规的增强型复合聚丙烯（PP ，polypropylene ）具有更好的回收性。

现在，TSOP 已经广泛应用于各种新的车型部件制造。

应用TSOP 分子设计方法可以生产20种树脂。

1999年9月以来，丰田公司已经在各种车型上开始使用这些改进型材料。

丰田皇冠采用的TSOP 保险杠，如图2-3所示。

2）少用PVC 树脂材料。

用具有良好循环性的材料代替聚氯乙烯材料(PVC ，Polyvinyl Chloride)。

例如，用无卤素基线束代替具有溴化物防火阻燃层的PVC 线束。

丰田公司2003年生产的Raum 车使用的PVC 树脂材料是以前的1/4，甚至更少。

3）采用天然材料。

使用天然材料作车门的内装饰件。

4）减少材料种类。

使用高回收性的改性石蜡基树脂(Promotion of olefin resin)材料，用注射模制造零部件，例如，行李箱内饰件、保险杠、A 、B 和C 柱内饰件、空调及仪表面板和车门内饰件等。

汽车仪表台采用的材料组合型结构，它由基材、发泡材料和表面蒙皮组成。

采用热塑性树脂使三种结构的材料成份统一，可以简化材料的回收工艺，即避免复杂的材料分离，见表2-3。

表2-3 材料组合型结构仪表板材料成份5）标注统一的材料标识。

采用国际标准化的材料标识，有利于提高材料的图2-3 TSOP 保险杠回收利用率。

（2）改进结构的可拆解性丰田公司在Raum 车上采用新的拆解技术，使车辆的拆解时间所短了30%，如图2-4所示。

改进主要体现在废液的排出和大尺寸树脂部件的拆解方法上，这使为简化拆解工艺，在车辆部件上标注拆解标识。

当第一次拆解时，可以清楚地确定拆解点。

例如，大尺寸树脂部件的固定部位、液体排放孔的位置等。

（3）减少有害材料的用量为改进结构的可拆解性，主要采取以下措施：拉移出方向三个部件：前格栅，上保险杠和下保险杠。

在新形式中这三个部件被集成为一个部件，简化了拆解过程V 形槽的位置V 形槽在与车体安安装情况 薄处分开拆解时移出胶带拉带子线束 原来形式 现在形式原来（粘上） 现在（点焊）图2-4 丰田公司在Raum 车上采用新的拆解技术拉带图2-5 分体式保险杠设计前保险杠（两个部件） 后保险杠（三个部件）1）粘接固定部的件区域可以在较大的拉力下被分离的联接结构；2）只要有可能使用弹性卡夹固定方式，就替代螺栓固定方式； 3）部件模块化；4)避免零部件采用材料组合型结构； 5)设计和采用易拆解标识。

对环境有影响的材料成分主要铅（Lead ）、汞（Mercury ）、镉（Cadmium ）和六价铬（Hexavalent chromium ）等的使用。

减少废弃物的产生1) 减轻质量（1）改进结构。

使用高强度螺栓，减少紧固件尺寸；采用偏平型缸体和6挡手动变速器。

（2）改进材料。

改进材料加工工艺，制造薄铝车轮；采用高强铝材，制造支架。

此外，还可通过使部件小型、轻量、耐久和易修等措施，达到减量化目的。

2) 提高材料的使用寿命延长发动机机油、冷却液、机油滤芯和自动变速器传动液等消耗材料的使用寿命，见表2-5 。

表2-5 消耗材料使用寿命指标3）可循环性设计 （Design for Recyclability ） （1）易拆解设计（Design for Easier Dismantling ）。

将过去整体式保险杠设计成组合式，以便于拆解和更换部分损坏的零件，以减少废弃物的产生。

分体式保险杠结构，如图2-5所示。

图2-6 改变材料复合型结构（2）统一塑料材料的种类。

使用高回收性的改性石蜡基树脂(Promotion of olefin resin)材料，用注射模制造零部件，例如，行李箱内饰件、保险杠、A 、B 和C 柱内饰件、空调及仪表面板和车门内饰件等。

（3）改变材料复合型结构。

传统CR-V 的侧护板采用的是金属和树脂复合结构，然而现在使用聚丙烯材料，如图2-6所示。

通过采用气体辅助注射成型方法既可以保证刚度要求，又可以减少材料的用量。

目前，金属和树脂复合结构已减少到以前用量的50%。

（4）使用可循环性材料。

目前，丰田公司已经停止使用PVC 树脂作为线束防护套，PVC 材料的用量已经减少到以前的1/4。

应用对环境影响小的生态塑料（Toyota Eco-Plastic ），根据全寿命周期分析的结果，新材料的应用使二氧化碳的排放量减少了 52%。

丰田公司采用的可回收材料的应用位置，如图2-7 所示。

此外，用插接的方法代替大面积粘接发动机室的隔音毡；利用再生聚丙烯作行李箱内饰和隔板等，如图2-8所示。

设计可达性好和易分离的部件，如仪表台。

减少聚氯乙烯PVC 材料的使用；通过声学优化设计，使降噪材料的使用最少。

在结构设计时要求零部件供应商提供具有可回收概念的产品等，都是提高汽车可回收性的具体方法。

遵循可回收设计指南为了保证在新车型的开发中具有积极的和前瞻性的可循环意识，应遵循可回收设计指南（Recycling Design Guidelines ），实现报废车辆的部件再使用和再循环，使汽车零部件的可回收性在新型汽车的开发中达到要求。

通过采用可回收设计,即选用合适的材料和设计合理的结构。

日产Suny 牌1998年型轿车的可回收率已经达到90%以上，而且2005年以后可回收率将超过95%。

日产汽车公司产品的可再生典型部件，如图2-9所示。

2003年，日产和雷诺汽车公司联合开发出了OPERA 系统，其可以在开发阶段指导报废汽车可再生性循环模拟，计算可回收率和基于设计数据的再生费用。

只要输入零部件材料、拆解时间等数据，OPERA系统就可以在设计的初图2-9 日产汽车的可再生典型部件图2-8 由再生材料制作的部件防护板 后台板 行李箱底板 地板 导流板 侧护板图2-7 丰田公司再生材料的应用位置1：再生隔音材料（RSPP ） 2：再生聚丙烯（PP ）3：生态塑料（Toyota ecoplastics ）4：聚乙烯/苯乙烯复合材料（Polyethylene ） 5：超级石蜡聚合物（TSOP ） 6：热塑性石蜡（TPO ）2 53 461期阶段模拟报废汽车的回收率和再生费用，并有利于车辆再生效率提高。

日产汽车公司已经在某些车型上开始采用这项技术，并且计划在不远的将来对所有新开发的车型都采用这项技术。

OPERA 系统组成如图2-10所示。

在可回收结构设计方面，以Serena 车为例，其可拆解结构，如图2-11所示。

其中前部外饰件（图2-11中1，2）由原来的15个固定点减少到14个；组合尾灯（图2-11中3）由原来的18个固定点减少到8个。

通过采用经济有效的可拆解结构设计，使线束的可回收率由50%提高95%。

易拆解线束固定方式，如图2-12所示。

尽量避免循环利用的困难。

例如，热塑性材料和热固性材料使用后经常混淆不易分辨，应设计清析分辨材料成份的标识，如图2-13所示。

为促进塑料材料的循环利用，减少ASR 的填埋量，大量使用热塑性材料。

热塑性材料不仅易于循环利用，而且还可以开发其它易于循环的材料。