汽车玻璃行业迎来变革:全玻璃车顶与高附加值产品加速量产

汽车玻璃曾是长期被忽视的细分赛道,在过去的十余年中,其面积增长较为缓慢,单车价值量也基本处于一个稳定的水平(国内为 600 - 900 元/车)。然而从今年开始,随着 HUD 成本的降低,科技、智能以及网联方面的需求不断加大,再加上特斯拉实现国产化以及 L3 级别新能源车型的快速推出,汽车玻璃行业出现了较为积极的变化,单车价值量有望大幅提升。

汽车玻璃行业迎来变革:全玻璃车顶与高附加值产品加速量产

我们认为,未来几年全玻璃车顶(单车面积增加)和高附加值(单平米价值量增加)的汽车玻璃在技术端和消费端两方面有望加快实现量产。在技术端,随着汽车玻璃功能逐渐被解禁,传统天窗所导致的高温、高辐射以及无遮蔽性等问题,从技术上能够找到解决办法,比如通过隔热来解决温度问题,通过镀膜来解决紫外线问题,通过智能调光来解决私密性问题,之后有望加快量产进程。在消费端,从今年开始,随着特斯拉带动国内智能车型量产加快,其中像热门配置全景天幕(全玻璃车顶)、HUD 等的量产也有望加快。

引言

电动智能化背景下,汽车玻璃成为零部件又一细分优质赛道

汽车玻璃曾是长期被忽视的细分赛道。在过去的十余年里,其面积缓慢增长,每十年增长 10%-20%。单车价值量也基本维持在一个稳态水平,在国内为 600-900 元/车。然而从今年开始,随着特斯拉的国产化以及 L3 级别新能源车型的快速推出,汽车玻璃行业出现了较为积极的变化,单车价值量有望大幅提升。新故事要从特斯拉说起——

“全玻璃车顶”是特斯拉的一个重要标签。大部分传统车企的车顶是由前档、顶棚(或带有小天窗)和后档构成,而特斯拉从 Model S、X、3 发售开始,就推出了大面积的天窗玻璃,这种天窗玻璃几乎取代了原来顶棚的面积。以特斯拉 Model S 为例,此款车属于 C 级轿车。它的车顶由前档玻璃、天窗 1、天窗 2 和后档玻璃这四块玻璃构成。几乎通过这样的设计打造出了一个“全玻璃车顶”。

特斯拉 Model 3 的车顶由前档玻璃、天窗玻璃以及后档玻璃这三块组成。这样一来,车顶的“全玻璃化”程度得以进一步提高。

特斯拉国产版于 2020 年开始交付,有希望成为中国的“街车”。2019 年特斯拉启动了国产化建设,Model 3 多次进行降价。到目前为止,Model 3 国产标准续航版本在补贴后价格调整到了 27 万元,国产长续航版本价格调整到了 34 万元。在牌照价格持续高位的一线城市,它具备非常高的购置性价比。其爆款潜质开始显现出来。

类比智能手机,智能汽车的外观或许会越来越相似。回顾“老人机”时代,滑盖、翻盖设计多种多样,各有特色。而到了苹果开创的“智能机”时代,智能手机的外观逐渐变得相似,大屏化且有轻薄感成为最主要的趋势。发展到最后,各品牌的智能手机大多推出了极致大屏(6 - 7 寸全面屏)和轻薄手感(8 - 9mm 厚度),手机在外观上可调整的部分主要集中在厚薄程度、屏幕大小和曲面(立体度),总结起来就是当前手机外观普遍呈现为全面屏和立体感的趋势。

智能汽车在外观方面着力调节的部分有:车身呈现出流线型,兼具轿跑的风格和运动的姿态;车灯采用了贯穿灯带的灯语设计;玻璃车顶面积较大。这些方面共同营造出了抓人眼球的感觉。

特斯拉的出现,如同苹果手机的出现一般,打造出了智能汽车外形设计的一个理想范例。其他车型都在竞相追赶特斯拉的外形设计元素,而车顶玻璃化是其中一个重点跟随元素,后续上市的小鹏、比亚迪、北汽新能源、蔚来、长安等车型都纷纷采用了玻璃车顶设计。

我们认为,未来几年全玻璃车顶(单车面积增加)以及高附加值(单平米价值量增加)的汽车玻璃,从技术端和消费端这两方面有望实现量产加速。在技术端方面,随着汽车玻璃功能逐渐被解禁,传统天窗所带来的高温、高辐射以及无遮蔽性等问题,从技术上找到了可解决的方案,比如通过隔热来解决温度问题,通过镀膜来解决紫外线问题,通过智能调光来解决私密性问题,之后有望加速量产。在消费端方面,从今年开始,随着特斯拉带动了国内智能车型的量产加速,其中热门配置全景天幕(全玻璃车顶)的量产也有望加速。

汽车玻璃除了具备主要的安全功能,如钢化和夹层外,还具备许多附加功能。近些年来,汽车玻璃越来越趋向于功能化和智能化。本部分从安全舒适、智能控制、节能环保以及美观时尚这四个方面,对汽车玻璃细分产品的特性及前瞻技术进行了梳理。

上述玻璃技术已经在部分车型上进行了搭载。其中,有的车型是标配该玻璃技术,有的车型则是选配该玻璃技术。并且,这些车型的价格各不相同。

安全舒适:隔音玻璃、电加热玻璃、憎水玻璃

(1) 隔音玻璃

隔音性能的需求促使高性能的隔音玻璃得以诞生。一般的夹层玻璃,其中间夹的东西是由聚乙烯醇缩丁醛为主要成分的 PVB 中间膜,这种玻璃通常被称为“PVB 玻璃”。而专业的隔音玻璃,中间夹的是隔音膜(隔音阻尼胶),它在声音传播的弱化和滤除方面能起到关键作用,具有隔音功能的玻璃产品实际上属于夹层玻璃。夹层玻璃中的隔音膜(隔音阻尼胶)若较为柔软且富有弹性,便能增加夹层玻璃的隔音阻尼系数,进而提高夹层玻璃的隔声量。普通 PVB 玻璃的隔声量在 28 - 34 分贝之间,而隔音膜(隔音阻尼胶)的隔声量能达到 35 - 40 分贝甚至更高。通常情况下,车辆会在前排、后排或者全车使用隔音玻璃。安全玻璃含有普通 PVB 中间夹层,其隔音性能优于钢化玻璃,并且已在汽车风窗玻璃中被大量应用。然而,普通 PVB 中间夹层并非专门为阻隔噪声(NVH)而设计,隔音性能较为一般,所以需要使用具有高隔音性能的 PVB 夹层来达到隔音的目的。

从结构方面来讲,隔音夹层玻璃是用隔音 PVB 胶片替代了普通的 PVB 胶片而制作出来的。它和普通夹层玻璃的结构是一样的。隔音 PVB 胶片是加入了高阻尼隔音材料的 PVB 胶片,其由三层组成,分别是两层普通 PVB 以及中间具有隔音性能的特殊核心层。它对比普通的 PVB 胶片,能够提升夹层玻璃的隔音效果 30%。这意味着,在不改变任何设计和工艺的情况下,能够直接借助现有的普通夹层玻璃生产设备来生产隔音夹层玻璃。所以,其应用起来十分方便。

外界各种声源会产生振动并发出噪音。噪音通过空气介质进行传播。噪音传递到隔音玻璃门窗上后,会经隔音玻璃逐次衰减。噪音在经过隔音阻尼胶时,中频噪音和高频噪音会被隔音阻尼胶吸收、扭曲、减震、衰减。这样就能有效地滤除中、高频噪音,将外界扰人的噪音尽可能隔绝在外,为车内营造更加静谧的感觉。

隔音玻璃的隔音性能比普通夹层玻璃的隔音性能提升较为明显。人类的听力频率范围是 20 到 20000Hz,而人类听觉最为敏感的范围大概是 1000 到 4000Hz。比较隔音 PVB 夹层玻璃与普通 PVB 夹层玻璃的声音传递特性后可以得知,隔音夹层玻璃在 1000 ~ 4000Hz 这个听觉最敏感的范围附近,其隔音性能比普通夹层玻璃有显著的提升,最大提升幅度能达到 5dB 以上。

目前市面上部分中高档车型配备了多层隔音玻璃。不同车型在这方面的设置有所不同,有的车型将多层隔音玻璃作为选配,有的车型则将其作为标配;有的车型是全车都配备多层隔音玻璃,而有的车型只在前排配备多层隔音玻璃。

(2) 电加热玻璃

电加热玻璃是一种特种玻璃,通电后会加热升温,从而达到除雾和除霜的效果。它也被称作防雾玻璃、除雾玻璃、电加温玻璃等。这种玻璃广泛应用于飞机用窗、高级汽车以及寒冷地区的门窗等。

电加热玻璃通常是把两片或多片钢化玻璃用 PVB 或专用胶片粘在一起。在夹层玻璃中间膜的一侧嵌入极细的钨丝或铜丝等金属电热丝,也可以在玻璃内表面涂透明导电膜。通电后玻璃会受热。玻璃本身带有热敏电阻,并且与温度控制系统相连接,这样玻璃表面温度就能自动调节控制,具备一定的抗冲击安全性。玻璃表面温度高可达40℃,透光度一般为 80%。

并且有防紫外线辐射功能,防雾玻璃除用于窗户或高级汽车挡风玻璃外,其镀层具有高的紫外线吸收能力,可有效阻挡紫外线进入室内,减少对驾驶员和室内设施的伤害。

电加热玻璃的性能比防雾膜好。防雾膜采用特殊纳米涂层材料,能让水汽吸附到薄膜表面,此时水与薄膜表面没有接触角,不会形成水珠状,而是形成一片水膜,还能对抗一般清洁剂及洗洁精。其次,防雾膜有自黏接着层,黏接力牢固,耐泡水。其优势在于安装简单,撕下后不会残留痕迹,并且具有防爆功能,能增加玻璃的安全性。材料和各类不同使用环境对其有制约,比如在某些区域温度为-20℃或-35℃时,防雾膜的效果持续性会明显下降。在不同环境下,防雾膜表面会吸附灰尘,这会导致贴膜的疏水效果较慢,尤其在需要防雾的密闭环境中更是如此。像我们的汽车后视镜,其粘贴防雾膜的效果远远比不上电加热玻璃后视镜的效果。

梳理后可知,后视镜加热是很多中高档车型具备的功能,以下仅列举部分有代表性的车型。

(3) 憎水玻璃

汽车雨天行驶时,雨水会附着在玻璃上,从而影响驾驶员的视线。雨刮虽能刮去前风挡玻璃上的雨水,然而刮刷范围存在限制,并且门玻璃和后风挡玻璃等无法被清洁。基于此,憎水玻璃便产生了。

有两种方法可以使玻璃表面具有憎水性能。其一,在玻璃表面涂覆烷氧基硅盐类、烷氧基聚合物、有机聚合物、石蜡或氟素化合物等低表面能物质,这样能让玻璃表面拥有较低的表面自由能。其二,使玻璃表面形成纳米级的微观凸凹表面。带有这两种憎水表面涂层或具有纳米级微观凸凹表面的玻璃,其表面水滴和玻璃无法亲和,从而达到了玻璃憎水的效果。水滴在憎水玻璃表面与玻璃的接触角能达到 110°以上,所以显示出极好的憎水效果。因为憎水层和玻璃不易亲和,当有风力作用时,憎水玻璃表面的水滴更易被吹散,且不容易粘附在玻璃上。

憎水玻璃也被称作“不浸润性玻璃”。福耀的憎水玻璃运用溶胶凝胶法,在玻璃的外表面形成一层含氟化合物薄膜,借此来提升玻璃对水的接触角θ。接触角越大,憎水性就越好;通常把接触角θ大于 90°的玻璃称作憎水玻璃。

憎水玻璃具有不易沾水的特性,这使它具备了自我洁净的功能。普通玻璃与之相比,憎水玻璃上的灰尘、油污等颗粒更容易被雨水冲刷掉。在冬季,结在憎水玻璃上的冰雪也更便于去除。憎水玻璃极大地提升了雨天行车的能见度,提高了驾驶的安全性和乘车的舒适性。它主要被应用在汽车的前后门玻璃上。沃尔沃于 2004 年最早推出憎水玻璃,其名为 WRG“斥水玻璃”或“憎水玻璃”,并且许多高档车都采用了这种玻璃。

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