1、金屬與非金屬材料對汽車輕量化的影響1汽車輕量化1.1 汽車輕量化的必要性2007年，我國汽車銷量達到了880萬輛，汽車消費規模居世界第二。我國汽車產量和保有量的持續高速增長為汽車及相關行業的進步帶來巨大機遇的同時，汽車工業也面臨著一個巨大的挑戰。汽車及相關行業的發展對社會能源供給、環境保護等方面的影響日益明顯，因此要承受的節能減排的壓力也日趨增大。有關研究數據表明，若汽車整備質量降低10%，燃油消耗可減少6%8%。由此可見，伴隨輕量化而來的突出優點就是油耗的顯著降低。尤其汽車車身約占汽車總質量的30%，對空載而言，約70%的油耗是用在車身質量上的，因此車身的輕質化對減輕汽車自重，提高整車燃料經

2、濟性至關重要。同時，輕量化還將帶來車輛操控穩定性和沖撞安全性的提升:因為車輛行駛時的顛簸會因底盤重量減輕而減輕，整個車身會更加穩定；輕量化材料對沖撞能量的吸收，又可以有效提高沖撞安全性。因此汽車輕量化已成為汽車發展產業中的一項關鍵性研究課題。汽車輕量化的技術內涵是:采用現代設計方法和有效手段對汽車產品進行優化設計，或使用新材料在確保汽車綜合性能指標的前提下，盡可能降低汽車產品自身重量，以達到減重，降耗，環保，安全的綜合指標。然而，汽車輕量化絕非是簡單地將其小型化而已。首先應保持汽車原有的性能不受影響，既要有目標地減輕汽車自身的重量，又要保證汽車行駛的安全性、耐撞性、抗振性及舒適性，同時汽車本身

3、的造價不被提高，以免給客戶造成經濟上的壓力。1.2 實現汽車輕量化的主要途徑1.2.1 合理的結構設計目前國內外汽車輕量化技術發展迅速，主要的輕量化措施是輕量化的結構設計和分析，設計已經融合到了汽車設計的前期。輕質材料在汽車上的應用，包括鋁、鎂、高強度鋼、復合材料、塑料等，并在前期與結構設計以及相應的裝配、制造、防腐、連接等工藝的研究應用融為一體。在現代汽車工業中，利用cad/cae/cam一體化技術起著非常重要的作用，涵蓋了汽車設計和制造的各個環節。運用這些技術可以實現汽車的輕量化設計、制造。輕量化的手段之一就是對汽車總體結構進行分析和優化，實現對汽車零部件的精簡、整體化和輕質化。利用cad

4、/cae/cam一體化技術，可以準確實現車身實體結構設計和布局設計，對各構件的開頭配置、板材厚度的變化進行分析，并可從數據庫中提取由系統直接生成的有關該車的相關數據進行工程分析和剛度、強度計算。對于采用輕質材料的零部件，還可以進行布局進一步分析和運動干涉分析等，使輕量化材料能夠滿足車身設計的各項要求。此外利用cad/cae/cam技術可以用仿真模擬代替實車進行試驗，對輕量化設計的車身進行振動、疲勞和碰撞分析。通過開發汽車車身、底盤、動力傳動系統等大型零部件整體加工技術和相關的模塊化設計和制造技術，使節能型汽車從制造到使用的各個環節都真正實現節能、環保。通過結合參數反演技術，多目標全局優化等現代

5、車身設計方法，研究汽車輕量化結構優化設計技術，包括多種輕量化材料的匹配、零部件的優化分塊等。從結構上減少零部件數量，確保在汽車整車性能不變的前提下達到減輕自重的目的。具體結構合理設計有以下3個方面:1)通過結構優化設計，減小車身骨架，車身鋼板的質量，優化對車身強度和剛度進行校核，確保汽車在滿足性能的前提要求下減輕自重。2)通過結構的小型化，促進汽車輕量化，主要通過其主要功能部件在同等使用性能不變的情況下，縮小尺寸。3)采取運動結構方式的變化來達到目的。比如采用轎車發動機前置，前輪驅動和超輕懸架結構等。使結構更緊湊，或采取發動機后置，后輪驅動的方式，達到使整車局部變小，實現輕量化的目標。1.2.

6、2 使用新型材料據統計，汽車車身、底盤(含懸掛系統)、發動機三大件約占一輛轎車總重量的65%以上。其中車身外、內覆蓋件的重量又居首位。因此減少汽車車身重量對降低發動機的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應。為此，首先應該在白車身制造材料方面尋找突破口。具體說來可以有如下幾種方案:1)使用密度小、強度高的輕質材料，像鋁鎂輕合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料等；2)使用同密度、同彈性模量而且工藝性能好的截面厚度較薄的高強度鋼；3)使用基于新材料加工技術的輕量化結構用材，如連續擠壓變截面型材、金屬基復合材料板、激光焊接板材等。2高強度鋼在汽車輕量化中的應用有資料表明，使用高強度鋼板，原厚度為1.0-1.2

7、mm的車身板可減薄至0.70.8mm，車身質量減小15%20%，節油8%15%，為此，世界各國大力開發各種高強度鋼板，主要包括雙相鋼(dp鋼)板以及目前最先進的相變誘發塑性鋼(trip)板等等。與常用的低合金高強度鋼相比， 在相同強度級別下， dp鋼具有低的屈強比、較高的伸長率（均勻伸長率和斷裂伸長率）以及很高的加工硬化率。其高的伸長率是由于在軟的純鐵素體基體內分散細小的硬馬氏體或貝氏體顆粒所致。dp鋼在維持高強度的條件下， 其伸長率比一般微合金鋼和烘烤硬化鋼或含磷鋼好，因此雙相鋼具有良好的成型加工性能， 避免了常用的普通低碳鋼成型過程中存在的形狀穩定性彈性后效低的缺陷， 非常適合制造汽車零部

8、件， 如車身覆蓋件以及底盤結構件等。高強度低合金系列中的trip鋼是一種新型汽車結構用鋼， 它利用組織中存在的殘余奧氏體在應力應變作用下向馬氏體轉變而誘發相變塑性， 同時又達到強化目的， 具有優異的可成型性和高強度。因此trip鋼具有良好的塑性，能沖制出形狀復雜的零件。與其他沖壓用鋼板相比，trip鋼有良好的加工硬化和烘烤硬化性能，采用它制造車身零件可以提高疲勞性能和抗撞性能，并且可以減少鋼板的厚度從而減輕汽車的質量，對節約能源、減少排放和提高安全性有顯著效果。3輕質材料在汽車輕量化中的應用3.1 輕質金屬材料在汽車輕量化中的應用3.1.1鋁合金在汽車上的應用及特點3.1.1.1鋁合金的特點鋁

9、是人們最熟悉的金屬之一，在純鋁中加入cu、mg、zn、si、mn、稀土等合金元素配制成各種鋁合金，再用強化措施來提高其強度、硬度、疲勞性能等材料綜合性能，以滿足工程應用的需要。與鋼鐵相比，鋁合金具有質量輕、導熱性好、耐腐蝕性好、易于加工等特點。而且鋁材幾乎可以全部回收，重新加工使用，有利于環境保護；有些鋁合金材料的物理性能已與車用鋼材相似，具有相當的強度和剛度。鋁合金零部件的應用，可以大大減輕整車質量，根據美國鋁學會的報告，汽車上每使用0.45kg鋁就可減輕車重lkg，理論上鋁制汽車可以比鋼制汽車減重40%左右。因為鋁合金具有以上優點，所以鋁合金成為近二十年來在國內外汽車上使用最多的輕量化材料

10、。在歐美產轎車中，平均使用鋁材量達到了200kg左右，鋁化率約為20%。國內轎車工業用鋁也呈現快速增長態勢，據中國汽車工業協會統計預測，1993年國內轎車工業用鋁量僅為4萬噸，2003年為28萬噸，2005年，上升到34.6萬噸。預計到2010年，我國轎車工業用鋁將達到99.6萬噸。3.1.1.2鋁合金在汽車上的應用用于汽車上的鋁合金可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金在汽車上的使用量最多，主要應用于發動機和底盤部件(見表1)，變形鋁合金包括鍛造鋁合金和鋁合金板材等，主要應用于車身和熱交換系統部件(見表2)。2000年鑄造鋁合金的質量占整車質量的4%，2006年這一比例已上升到了8%；鍛造

11、鋁合金的這一比例由原來的2%上升至6%，而鋁合金板材由1.7%上升到了4%。表1 汽車用鑄造合金的主要部件系統部件系統零件名稱發動機系統發動機缸體、缸蓋、活塞、進氣管、水泵殼、發電機殼、起動機殼、搖臂、搖臂蓋、濾清器底座、發動機托架、正時鏈輪蓋、發動機支架、分電器座等底盤傳動系統變速箱殼、離合器殼、連接過渡板、換檔撥叉等底盤行駛和控制系統橫梁、上臂、下臂、轉向器殼、制動分泵殼、制動鉗、車輪、操縱叉等其他系統部件離合器踏板、制動踏板、方向盤、轉向節、發動機框架、abs 系統部件表2 汽車用變形鋁合金的主要部件系統部件系統零件名稱車身系統部件發動機罩、車頂蓬、車門、翼子板、行李箱蓋、地板、車身骨架

12、及覆蓋件等熱交換器系統部件發動機散熱器、機油散熱器、空調冷凝器和蒸發器等其他系統部件沖壓車輪、座椅、保險杠、車廂底板及裝飾件等1）發動機一般情況下，發動機約占整車重的18%，發動機的輕量化是整車輕量化的重要組成部分。鋁合金作為制造汽車發動機的結構材料有兩個突出的優點:一是質量輕，采用鑄鋁合金來代替鑄鐵生產氣缸體，6缸汽油發動機缸體可以減輕質量66.588kg(見表3)，較大幅度地減輕了汽車自身質量；二是它的導熱性比鑄鐵好。使用鋁制氣缸蓋和氣缸體可以改善發動機的工作狀態，提高其熱效率，從而改善和提高發動機的功率。表3 鋁鑄件代替鑄鐵件的質量對比表零件名稱鑄鐵件質量kg鋁鑄件質量kg質量比發動機缸

13、體8012013. 5323. 84. 4 :1發動機缸蓋18276. 811. 42. 42. 7 :1進氣歧管3. 518. 01. 89. 02 :1轉向機殼3. 64. 51. 41. 82. 52. 6 :1傳動箱殼13. 523. 05. 08. 22. 72. 8 :1制動轂5. 59. 01. 83. 62. 53. 1 :1水泵殼1. 85. 80. 72. 32. 42. 6 :1油泵殼1. 42. 30. 50. 92. 62. 8 :1發動機氣缸蓋、活塞、連桿、搖臂等零部件早已跟隨汽車工業的發展需要，用鋁合金材料替代了黑色金屬材料?，F代汽車發動機活塞幾乎都用鋁合金制造，

14、材料以共晶鋁硅合金為主，采用重力鑄造、液態模鍛、鍛造等方法制造成型。國外常用于發動機氣缸蓋的鋁合金為asm319(美)而中國為zl101合金，其鑄造方法為金屬型重力鑄造和低壓鑄造工藝。英國陸虎的高精度鋁缸蓋鑄件，其質量僅是鑄鐵缸蓋的6%，切削量減少20%。目前，轎車發動機部件中不僅活塞、散熱器、氣缸蓋等部件采用鋁合金材料，而且缸體、油底殼甚至氣缸套和連桿也開始采用鋁合金材料。日本、德國等國外的一些汽車公司根據汽車輕量化發展的需要，已開發或使用了全鋁發動機，比如日產的vq發動機，寶馬的m52直列六缸發動機，奔馳的v6和v8發動機、奧迪a8的v8發動機等。2）車身汽車車身的重量約為汽車總質量的30

15、%。所以汽車車身的輕量化對于減輕汽車自重具有非常重要的意義。在汽車車身上主要使用的是變形鋁合金(見表2)。上世紀80年代，鋁合金板材開始用于車身發動機罩、翼子板、頂蓋。隨著沖壓和成形技術的發展，鋁合金板材逐漸被應用于車門、行李箱蓋、車廂底板、車身框架、保險杠等更多的車身部件。德國大眾公司于1999年推出新型奧迪a2轎車，該車榮獲2000年歐洲鋁業協會獎，是世界上第一款大批生產的全鋁車身轎車，車身采用全鋁空間框架車身asf，整車鋁外殼，從前頂柱到行李艙邊，包括車門手把都是用鋁合金沖壓成型。該車采用鋁材使整車質量比傳統鋼制車身減輕40%以上，僅有895kg，空氣阻力系數僅為0.25，平均油耗降至每

16、百公里3升。2002年推出的全新奧迪a8通過使用性能更好的大型鋁鑄件和液壓成型部件，車身零件數量從50個減至29個，車身框架完全閉合。這種結構不僅使車身的扭轉剛度提高了60%，還比同類車型的鋼制車身車重減少50%。就鋁合金板材的應用發展趨勢看，強度高、成形加工性好、表面質量優良的鋁合金板材將取代鋼板成為汽車車身的主要材料。3）底盤鋁合金在汽車底盤上的應用主要體現在車輪和懸掛系統零件上。車輪是車輛承載的重要安全部件，對其安全性要求很高。鋁合金輪轂較鋼制輪轂平均輕2kg左右，其溫度比鋼制輪圈平均低25%，當車速為60km/h時可省油5%-7%。鋁合金輪轂在汽車上得到廣泛采用，正逐步代替長期占主導地

17、位的鋼制車輪。1999年，北美轎車和輕型卡車輪轂鋁化率達53%，預計2010年北美汽車鋁合金輪轂的市場占有率將上升到70%以上。2002年至今，由于我國汽車制造業快速發展，汽車鋁輪行業出現了強勁增長勢頭。據中國汽車工業協會車輪委員會公布的數據顯示， 2003年我國生產汽車鋁合金車輪2300萬件，出口1200萬件；2005年生產汽車鋁合金車輪4500萬件，出口2300萬件。懸掛系統中的汽車下擺臂、上擺臂、橫梁、轉向節類零件均可用鋁材制造，可以顯著減輕非懸掛重量，從而改善汽車的行駛穩定性、乘坐舒適性和安全性等。寶馬5系轎車和奔馳s級轎車采用全鋁懸架支架，使懸掛質量減輕了15%。3.1.2鎂合金在汽

18、車上的應用及特點3.1.2.1鎂合金的特點鎂的比重約為1.7g/cm3，是目前在工程應用領域中最輕的金屬，鎂合金也是目前工業上可用的最輕的金屬結構材料。它可在鋁合金零件減重效果的基礎上，再減重l5%20%，對于汽車減重是非常理想的金屬材料。與其他普通的金屬結構材料和工程塑料相比，鎂合金具有質量密度小、比強度和比剛度高、熔點低、鑄造性和阻尼減震性好、熱導率高、尺寸穩定性高、電磁屏蔽性能好以及回收利用率高等優點。另外，鎂在自然界中具有豐富的蘊藏量，是地球上排位第8的富有元素，其含量約占地殼質量的2.8%，它也是海水中的第3富有元素，約占海水質量的0.13%，是取之不盡的資源。充裕的鎂資源為推進鎂合

19、金在汽車上的應用和普及提供了良好的平臺。3.1.2.2鎂合金在汽車上的應用從上世紀90年代開始，歐美、日本的汽車公司都逐漸開始把鎂合金用于許多汽車零件上。到目前為止，汽車上共有60多個零部件采用鎂合金。按使用部位性質的不同，分為殼類和架類兩類零件。殼類零件采用高塑性的鎂合金不僅可減輕質量，且由于鎂合金的阻尼衰減能力強，還可提高汽車抗振動及耐碰撞性能，降低汽車運行時的噪音；主要包括氣缸蓋、離合器殼、變速器殼、濾油器殼、空氣濾清器殼、分動器殼、增壓器殼、燈罩等。架類零件包括方向盤、儀表盤、風扇架、擋泥板架、踏板托架、轉向支架、剎車支架、燈托架、座椅架、車身支架、車門框架、輪轂等。其中儀表盤基座、座

20、位框架、方向盤軸、發動機閥蓋、變速箱殼、進氣歧管、汽車車身等7個部件鎂合金的使用率最高。鎂合金壓鑄件在國外的汽車產品上應用量增長最快，鎂合金已成為僅次于鋁合金鑄件的重要的汽車產品材料。目前，歐美轎車上鎂合金平均用量大約為40kg/輛。我國經過“十五”鎂合金重大專項攻關，在一些車型上已采用鎂合金變速箱殼體、方向盤骨架等。長安微車上單車使用鎂合金已達到9kg，是目前鎂合金用量最大的微車。預計到2010年，重慶長安生產的每輛小汽車，都將用上20kg左右的鎂合金材料。目前，應用鎂合金的主要障礙是鎂合金的價格高，防腐處理以及六方結構鎂合金變形能力較差等問題，隨著鎂合金材料應用的擴大，這些問題將會逐步解決

21、。3.1.3鈦合金在汽車上的應用鈦是上世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬。鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高、無磁性和超導性等特點在航天航空等尖端科技方面發揮著重要作用。但目前由于鈦合金材料價格高，加工條件復雜，在汽車上的應用還不夠普及，僅應用于賽車和豪華車上。鈦合金在汽車零件中的應用主要有:鈦合金連桿，意大利新型法拉利3.5升v8發動機首次使用鈦合金連桿，比鋼制連桿輕30%；鈦合金氣門，用鈦合金制成的氣門比鋼制氣門輕3040%，可提高極限轉速20%；鈦合金彈簧，鈦合金可用于發動機氣門彈簧、懸架彈簧上。用鈦合金制造板簧，與抗拉強度達2100mpa的高強度鋼相比，可降低自重20%。除

22、此以外，鈦合金還應用于制造凸輪軸、車輪、氣門座圈、渦輪轉子、排氣系統零件等。3.2非金屬材料在汽車輕量化中的應用塑料因其具有以下幾個特點密度小、比強度高。對酸、堿、有機溶劑等都具有良好的抗腐蝕能力。良好的絕緣性能。良好的減摩、耐磨和自潤滑性能。良好的吸振性能。易加工成型。塑料制品能吸收大量的碰撞能量,對強烈撞擊有較大的緩沖作用。,上述特點使其在汽車材料中的應用比例不斷增加，如今，汽車塑料化已是一個國家汽車工業技術水平的重要標志之一。塑料在汽車上的應用包括保險杠、翼子板、裝飾件、散熱器面罩、油管、燃油箱和儀表板等。汽車用塑料零部件主要有3類：內飾件、外飾件和其它結構功能件。塑料生產商還在設法更多

23、地用塑料來制造車廂地板、車窗、轉向軸、彈簧、車輪、軸承和其他功能件。汽車塑料品種有聚乙烯、聚丙烯、abs、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、san及聚氨酯等，一般使用的都是它們的改性材料和復合材料。3.2.1塑料在汽車中的應用3.2.1.1內飾件汽車內飾件所用塑料量已占整車用塑料量的一半左右。汽車塑料內飾件特別強調觸覺、手感、舒適性和可視性等特點，其所用材料應滿足表面不反光、無異味、不產生致使車玻璃變模糊的物質、表面污物易除去、阻燃性好等要求。以前的汽車內飾件應用較多的有pvc、abs和pu等。目前，在儀表板、內護板和座椅中，pvc已逐漸被其它塑料所取代，門內手柄、

24、雜物箱、門檻飾條及其它零件已更多地使用改性pp、abs、smc及塑料合金等。目前，汽車內飾件主要有儀表板、方向盤、安全氣囊、座椅、車門內板和頂棚等。1)儀表板汽車儀表板在汽車內飾中起著安裝儀表、收錄機、空調開關、暖風及各種燈具開關的作用。目前使用的儀表板主要為硬質和軟質兩種。硬質儀表板一般用pp、pc、abs和abs/pc等材料一次性注射成型，并有很多零件拼裝而成。此類儀表板表面質量要求很高，對材料要求耐濕、耐熱且剛性好、不易變形，但由于目前多采用多點注射成型，易形成流痕和粘接痕，容易產生色差，因此表面需經涂裝才能使用。高檔儀表板追求質感，故在儀表板表面裝飾一部分桃木飾紋也是一種發展方向。軟質

25、儀表板外表皮采用真空成形后，中間填充緩沖類發泡材料(如pu)，并與金屬或塑料骨架固定而成，也有外表皮采用搪塑后與半硬質聚氨酯泡沫塑料、骨架固定的方式。一般檔次的汽車，如桑塔納、一汽捷達，其骨架材料用硬紙板、木材；時代超人和武漢富康用的是pc/abs合金；奧迪和一汽紅旗則采用鋼板骨架；也有用abs、改性pp或frp做骨架等。表皮材質可有兩種選擇，一種為軟聚氯乙烯與abs共混后采用壓延薄片而成；另一種為軟聚氯乙烯與abs采用復合薄片的形式，兩種薄片的表面都可以壓延成所需的裝飾性花紋，如桑塔納、捷達及富康均采用pvc/abs，并帶有皮紋。半硬質緩沖類發泡材料pu的開孔性使得此類儀表盤具有良好的回彈性

26、，并能吸收50%70%的沖擊能量，且安全性高，耐熱、耐寒、堅固而耐用，手感好。但是由幾種材料構成的軟質儀表板的再生利用極為困難，因此正在發展用熱塑性聚烯烴tpo表皮和改性聚丙烯pp骨架及聚丙烯發泡材料構成的儀表板。如本田公司正在開發的新型civic車儀表板就已使用tpo材料，并準備在內飾件中逐步取代pvc。歐洲汽車儀表板以abs/pc及增強pp為主；美國汽車多用苯乙烯/順丁烯二酸酐sma，這種材料耐熱、耐沖擊，并具有良好的綜合性能；日本汽車的儀表板曾采用過abs及增強pp材料，目前以玻璃纖維增強的san為主，也有采用耐熱性更好的改性ppe。visteon公司在用tpo、pu2t或pvc制造儀表

27、板時，采用層壓注塑技術，使儀表板表面在一次成型中各部位硬度不同，如馬自達公司2002年開發的tribute車就采用了此種儀表板。2)方向盤方向盤一般采用自結皮硬質pu泡沫材料高壓或低壓發泡而成。方向盤結構要求挺拔、堅固、輕便、外韌內軟，并能耐熱、耐寒、耐光和耐磨，包覆物多用改性pp、pvc、pu和abs等樹脂。骨架一般選用鋼骨架與鋁壓鑄而成，從輕量化考慮，有用玻璃纖維增強pa替代鐵芯的趨勢。為了追求豪華、舒適和手感，方向盤表面部分增加了桃木飾紋或真皮包皮等。我國生產的方向盤基本都是半硬質自結皮聚氨酯泡沫塑料作為外覆蓋件，內部由鋼骨架經焊接而成，固定在鋁合金模具或低熔點合金模具內經發泡機注壓為成

28、品。3)安全氣囊為保證駕駛員和前排乘客的安全性，許多轎車設置有安全氣囊。2000年北美生產的汽車約9%在車門和座椅部位安裝了側面安全氣囊，3%安裝了簾式氣囊，而到2005年則可能分別達到50%和26%。同時歐洲和亞洲的汽車廠商也在增加側面和簾式氣囊，因此安全氣囊的應用量將不斷增加。氣囊材料不僅要能承受高低溫的考驗，同時要有高的沖擊強度和撕裂強度。目前安全氣囊主要由橡塑材料構成，如大眾汽車公司lupo型車的安全氣囊外套就采用了杜邦公司的長玻纖增強尼龍66-zytelefe8089來制造。近來國外也有報導用akulon(pa6、pa66)以及amitel (tpe-e)來制造安全氣囊。汽車安全氣囊

29、蓋板現已有用聚酯彈性體tpee來制造，它是由lg化學公司依靠自有的合成和共混技術獨立開發的，兼具橡膠的柔韌性和工程塑料的強度及熱可塑性，此外，還有優良的熱穩定性和耐候性能。在汽車工業領域，sl-5047d、sm-5047d、sm-5055d三種型號產品是生產氣囊蓋板的首選原材料，現已被韓國現代及起亞汽車所采用。4)座椅及其配套系統座椅上的高分子材料有表皮、骨架和緩沖墊。表皮材料可選用pvc人造革、各種化纖紡織品、真皮、真絲和毛織品。目前采用較多的是紡織物+pu+針織合成纖維，而座墊及靠背則基本上是由軟質pu發泡制成。座椅緩沖材料為模壓發泡的軟質高彈性pu。軟質pu發泡材料可用熱硫化層和冷硫化法

30、生產，但從設備投資和材料性能考慮，目前多用冷硫化法生產。dupont公司和quantunm集團聯合開發的熱塑性聚酯彈性體不僅有良好的抗蠕變性、沖擊性、抗疲勞性，還有良好的低溫彈性，用它制作座椅比用傳統的泡沫塑料座椅更輕，省去泡沫塑料座椅必須的彈簧，可明顯地改善乘座的舒適度。plporter公司生產的自動座椅靠背調節系統使用了長玻纖增強尼龍66，其拉伸和壓縮強度均符合要求；使用玻纖增強尼龍66制作傾斜杠桿，除可減少磨損還可降低1/3的成本。5)車門內板車門內板的構造基本上類似于儀表板，由骨架、發泡材料和表皮材料所構成。以國產紅旗和奧迪轎車為例，車門內板的骨架部分均由abs注塑而成，再襯pu發泡材

31、料的針織滌綸表皮，以真空成形的方法復合在骨架上形成一體。最近開發成功的低壓注射-壓縮成型方法，是把表皮材料放在還未凝固的聚丙烯毛坯上，經過壓縮層壓成為門內板。表皮材料為襯有pp軟泡層的tpo，這類門板易回收再生。中低檔轎車的門內板可用木粉填充改性pp板材或廢纖維層壓板表面復合針織物的簡單結構，即沒有發泡緩沖結構，有些貨車上甚至使用直接貼一層pvc人造革的門內板。在美國，門內裝飾板用abs或pp注塑成形的居多，我國國產斯太爾王也使用同類技術。歐洲汽車內飾板一般采用增強聚丙烯pp板材放填充物再包皮的結構，填充材料大多數采用薄的聚氨酯泡沫塑料片，表皮材料為pvc，也有使用織物的趨向。近年來，車門內飾

32、板為滿足耐候性和柔軟性，已開始使用熱塑性彈性體與pp泡沫板相疊合的結構。日本開發了一種沖壓成型連續生產全pp車門內飾板的技術，門板包括pp內襯板、pp泡沫襯熱層和pp/epdm皮層結構；另外，設計者為了有效提高駕駛室的可利用空間，采用車門內板與車門扶手一體化造型，應用改性pp或abs做骨架材料，再復合軟材料制成整體門內板，國產“黃河王子”現已采用了該技術。6)頂棚車內頂棚是內飾件中材料和品種花樣最多的一種復合層壓制品。它的作用除裝飾功能外，還起著隔熱、隔音等特殊功能。頂棚由基材和表皮構成。基材要求輕量、剛性高、尺寸穩定和易成型等特點，為此，一般使用熱塑性聚氨酯發泡內材，如pp發泡片材、玻璃纖維

33、瓦楞紙和蜂窩狀塑料帶等。表皮材料可用織物、無紡布、tpo和pvc等。我國轎車頂棚一般使用tpu發泡片材、玻璃纖維及無紡滌綸布等材料層壓成型。3.2.1.2外飾件傳統的汽車外飾件是由金屬合金制造的，然而金屬易產生腐蝕，若改用塑料，廠商不僅能夠降低生產成本，開發出更時尚和更符合空氣動力學的外型，而且可大大減輕汽車的質量。目前，汽車外飾件主要有:汽車保險桿、車身面板、汽車窗、翼子板和汽車照明燈具等。1）汽車保險杠保險杠是轎車的主要外飾件之一，也是使用塑料較多的部件，常用材料有smc、gmt(玻纖增強熱塑性塑料)和改性pp等?，F在的保險杠有的直接采用注塑成型，如桑塔納和奧迪2100等的保險杠。但大多是

34、由骨架和面板兩部分組成。面板多是以改性pp或pc/pbt合金制造，如桑塔納轎車的面板材料采用共聚丙烯加熱塑性彈性體(pp/epdm)，再加入助劑，經注塑成型。用pp/epdm制成的汽車保險杠具有剛性高、沖擊性能好、耐損傷性、光澤和彈性較好及易涂裝性等性能，在汽車高速行駛時受到沖撞不易破碎，且裝飾美觀。國外不少中高檔轎車保險杠采用的是pc/pbt合金制成的，用此材料不僅機械性能好，而且沖擊強度比pp+彈性體高出許多，并易于焊接和涂裝。如美國ge公司的pbt/pc合金，其中的xenoy-xt尤適用于汽車保險杠。daimler-chrysler公司的town、country和caravan車的后保險

35、杠就使用了該種塑料合金。目前世界上幾家生產工程塑料的大公司，如拜耳和巴斯夫等公司生產此類材料。據統計，塑料保險杠目前已占世界汽車保險杠用料的90%以上，就目前的發展來看，改性pp或pc/pbt合金不利于回收利用，所以國外有汽車公司采用單一的熱塑性彈性體(tpe)來制造汽車保險杠的面板，而用玻纖增強pp來制造骨架材料，因都是同一族的材料，有利于回收再循環使用。目前世界保險杠市場采用tpe已經占有了53%的份額。2）車身面板根據國外的研究表明，塑料車身材料的整體技術要求為:阻燃性好、耐熱性高、耐化學腐蝕性好、可在線噴涂、成型收縮率低、尺寸穩定性好及低溫沖擊強度高等。塑料車身面板最常用的塑料有smc

36、、rim聚氨酯和其他熱塑性塑料，這3種體系都需用玻璃纖維增強其剛性和功能。塑料首次在面板中應用的是雪佛蘭的corvette(smc技術)，然后是pontiac的fiero (rim技術)，通用汽車的saturn是最早使用熱塑性塑料的。杜邦公司開發的車身塑料板材以玻纖增強為主，所應用的部件包括前后蓋、車門、車身垂直板、擋風板、輪胎護板、裝飾邊梁甚至整個車身。美國通用和杜邦等公司已開發出數種塑料車身板材，有些在整車或概念車中得到了實際應用，有些專用材料尚屬于試驗階段。如ge塑料公司開發的車身專用料xenoy是pc/pbt聚酯合金材料，其非結晶的pc保證了面板的沖擊性和韌性，結晶的pbt提高了面板的

37、耐熱性、耐腐蝕性和抗紫外線性能。專用料norylgtx是ppo/pa合金材料，其具有聚苯醚的耐化學腐蝕性和尼龍的高流動性。該公司開發的第二代solix彩色熱塑性塑料被用來制作車上面板，不僅表面硬度高，光澤度如同金屬面板，且耐腐蝕性也比金屬面板好得多。pet價格便宜、容易回收，近幾年在國外汽車中的應用也有了較大進展，如daimler-chrysler公司的復合材料概念車就選擇了pet作為車身材料，還首先將pet車身技術商業化并應用于該公司2001年wangler吉普車的頂蓋，比用smc頂蓋減輕質量近30%，成本降低10%，生產效率提高30%。此外，塑料/金屬復合材料也被廣泛用來制造各種車身面板件

38、，如ford公司與misslbeck公司合作，在2000年的fucus車上就采用這種塑料/金屬復合材料制成了格柵加強結構。國內塑料車身板件的應用主要集中在大客車頂蓋和后圍板，全塑車身轎車尚未形成批量；目前車身外板件多采用frp材料為主，部分車型車身部件采用smc材料工藝。國內smc車身外板件較成熟的工藝為手糊fpr和smc，rtm工藝應用較少，而熱塑性注射成型外板件幾乎為零。3）汽車窗車用玻璃的面積從20世紀50年代的212m2逐漸增加到20世紀90年代的319m2，21世紀車用玻璃面積有了新的增長。目前汽車窗玻璃大多數仍以鋼化玻璃制成，它比塑料重兩倍，所以窗玻璃塑料化也是減輕整車質量的又一手

39、段。但車用玻璃塑料化必須解決其尺寸穩定性、耐表面劃傷和耐光老化等問題。國外主要通過表面處理以提高塑料玻璃窗的耐劃傷性和耐候性，如采用硅系表面涂硬劑，隨著硅系、鈦系及陶瓷硬化涂覆劑的開發，塑料玻璃表面性能不斷提高。日前，德國拜耳聚合物公司和美國ge塑料公司合資的exatec公司推出了業內第一個進入市場的聚碳酸酯汽車窗專用塑料系統exatec500，該系統具有杰出的耐候性和耐磨性。據報導，battenfeld公司與sunnerer technology公司也已開發出低成本，采用pc生產大型塑料車窗的新方法。聚碳酸酯車用玻璃窗塑料化具有以下特點:減小自身質量，與普通玻璃相比較，自身質量降低了50%；

40、汽車的質心降低，提高了行車安全性；節油；光學性能與常用玻璃相當；隔聲效果優異，可有效地阻隔由風和外部等產生的高頻噪聲。據ge公司人士指出，采用pc汽車窗還可以革新窗的設計和安裝位置，以及開啟窗戶的機械系統，加上汽車發生碰撞事故時窗戶不會傷及人員等一系列優點，因此應用前景看好。4）翼子板法國巴黎的標致-雪鐵龍汽車公司采用熱塑性塑料生產的塑制翼子板比鋼制翼子板質輕1kg以上，且前者有更好的沖擊性能，這有助于提高轎車的保險等級。ge公司出品的norylgtx品級尼龍改性聚苯基醚(ppe/pa)是用于生產汽車翼子板最常用的熱塑性塑料。而美國雷諾(renault)汽車公司也已宣布將來其生產的汽車將全部采

41、用塑料翼子板。目前也大量采用熱固性復合材料來生產汽車翼子板，如最先在espace牌客貨兩用車以及avantime牌5座雙門小客車上使用了塑料翼子板；法國標致307型小轎車上也已安裝了塑料翼子板；意大利菲亞特(fiat)汽車公司也將采取同樣的方法；德國大眾(volkswagen)汽車公司于2002年新推出的phaeton牌旗艦豪華轎車采用了聚氨酯翼子板，并利用原廠生產設備將這種聚氨酯翼子板安裝在touareg牌多功能運動車(suv)上；美國通用汽車公司(generalmotors)生產的雪佛蘭(chev-rolet)汽車也已裝備聚氨酯翼子板。5）汽車照明燈具汽車照明燈具以塑料替代金屬，不僅可減輕

42、質量，并使造型更加變化多樣。目前汽車照明燈具塑料件占整燈的質量已由原來的10%上升到90%以上。制造汽車燈具用的塑料要求具有耐熱性、沖擊性能好、耐熱老化、耐環境應力開裂和良好的光學性能等，用于車燈配光鏡的材料還要求具有優良的透明性。在轎車前照燈配光鏡pc材料選擇應用上，必須選用專門用于車燈的光學型透明pc，其透光率必須在90%以上，并且有長期抗黃色指數衰變的能力。由于pc材料耐磨性差，還必須配合使用專門用于車燈pc的超硬涂膜，從而進一步提高了耐擦傷性和耐候性。在車燈信號燈配光鏡材料的選擇上，材料顏色的耐氣候老化是一個重要的選擇因素，所以在信號燈的配光鏡材料上大部分應用了耐候性材料pmma。時代

43、超人的全塑燈具，其前照燈無花紋光亮設計的配光鏡采用了光學級pc注塑成型并加上超硬涂膜替代了原先的無機玻璃配光鏡。反射鏡使用熱固性塑料bmc取代原先的鋼板材料。燈具的全塑設計使整車的外觀更加亮麗，并可使前照燈整燈質量減輕1/3。除了pc和pmma材料外，改性pp、abs、pa和pom等塑料品種根據各自零件功能的不同在全塑燈具中都有不同程度的應用。3.2.1.3其它車用塑料件除了內飾件和外飾件外，其它不少車用零部件也開始使用塑料，典型件如:發動機及其周邊零件、燃油系統、汽車底盤、汽車門鎖和汽車輪胎等。1)發動機周邊用塑料制品塑料在制造汽車發動機上起著重要的作用，從空氣吸入系統到冷卻系統，再到發動部

44、件，塑料使發動機系統更易設計，更易組裝及質量更輕。發動機周邊零件塑料化比內外飾件晚20年左右，究其原因是發動機罩內環境條件苛刻的影響所致。發動機周邊部件通常要耐-40140環境溫度、耐砂石沖擊、耐鹽霧腐蝕及各種油和洗滌劑，因此對其所用的塑料性能提出了更高的要求，目前用得最多的材料是玻纖增強pa?，F將已應用的與發動機有關的典型塑料制品作介紹如下。(1)發動機進氣系統進氣系統與燃料混合的空氣質量至關重要，會影響發動機的壽命及發動機的運行平穩性等。由于雜質可能通過空氣進入發動機，在精密的發動機組件上沉積并降低發動機的性能，因此保證空氣的潔凈非常重要。將尼龍和聚丙烯用于空氣過濾系統能夠把灰塵從空氣中分

45、離出去。目前，除了空氣凈化裝置包含很多源自尼龍類的塑料，大量氣體、流體的節流閥也由特種聚丁烯對苯二酸酯和聚氨酯等塑料制造。發動機進氣系統中主要的進氣歧管以往由鑄鐵或鋁合金制造，其內壁粗糙，使用時對空氣阻力大、噪聲大，致使燃燒不完全，排放廢氣多。進氣歧管塑料化的目的除減輕零件質量外，由于其內表面光滑，流動阻力小，還可提高發動機性能和提高燃燒效率。進氣歧管材料一般采用pa+gf。羅孚公司與寶馬、basf等公司聯合開發的2l-4缸渦輪柴油發動機進氣歧管就是采用basf公司的35%玻纖增強尼龍樹脂注塑成型，這種材料能承受很高的發動機溫度及高溫汽油或柴油的侵蝕并保證強度和剛性高。寶馬集團的roverv6

46、車進氣歧管采用dupont公司的zytel (33%玻纖增強尼龍66)制成，這是該車首次使用塑料進氣歧管，比鋁質輕30%，制造簡便并能輸出更大的扭矩。daimler-chrysler公司也開始使用尼龍進氣歧管，材料為basfplastics公司的ultramid(35%玻纖增強尼龍66)。最近，荷蘭dsm工程塑料公司又研發出了一種熱塑性彈性體醚-酯嵌段共聚物新材料arnitel，專門用于成型發動機進氣歧管和其它車用真空導管。通常發動機周邊的零件在工作時要求在承受高溫下仍有高模量、高強度，在行車時還需承受冬天的嚴寒，在低溫下仍有良好的機械性能和無碎裂的韌性。對于玻纖增強的pa66來說已不是最優秀

47、的材料，近年荷蘭的dsm公司又推出了新的尼龍品牌stanyl和akulon來制造歧管，其各項性能優于以往的pa+30%gf。(2)發動機冷卻系統散熱器過去是汽車中最重的部件，現在由于冷卻技術的創新和塑料在散熱器箱中的應用，散熱器已經比以前輕了很多。用在這個方面的塑料主要是注塑尼龍。目前國內的捷達、桑塔納和小紅旗等轎車的散熱器水室大部分采用進口pa66+30%gf來制造。冷卻系統中的散熱器扇是汽車不可或缺的組件，它必須能夠耐發動機帶來的高溫，同時需要能夠耐受散熱器中冷卻劑帶來的化學腐蝕。尼龍族塑料耐高溫的性質讓散熱器扇沒有任何變形，且不減少散熱器的空氣流，尼龍質量輕、高彈性設計使散熱器扇占用最小

48、的空間。聚丙烯族散熱器扇具有和尼龍同樣的性質，也很受廠商歡迎。這兩種塑料同時具有可回收和注塑時間短的特點。散熱器格柵是為了冷卻發動機而設置的開口部件，位于車體最前面，往往把汽車的銘牌鑲嵌其間，是表現一輛轎車風格的重要零件。目前轎車上一般用abs或pc/abs合金，經注塑成型制成。桑塔納轎車的格柵用abs制成，由于abs耐候性差，使用時需加入耐候性助劑，色澤為黑色。小紅旗轎車的格柵用abs/pc合金經注塑成型后，再用噴漆涂敷。也有采用耐候性較好的asa材料，注塑成型后，表面可不經涂裝。表面不涂裝的成本將降低50%。最近已出現以聚酯彈性體做格柵，經表面濺射金屬鉻后使用，此種格柵備受用戶的青睞。(3

49、)傳動系統汽車最復雜的部分之一就是傳動系統，它由軸承、軸和齒輪組成，齒輪包括傳動齒輪和差速齒輪。傳動齒輪:玻璃纖維增強的聚酯已經被成功地用來制造帶有旋轉馬達的傳動部件，單片設計代替了曾經的幾個分散的金屬組件；驅動軸:驅動軸連接著傳動齒輪和差速齒輪。塑料材質的驅動軸能夠減少噪音、震動和nvh等級，這些不僅僅帶來了更多的駕駛樂趣，也降低了連接組件的壓力，延長了這些組件的壽命。另外，塑料組件也有助于在碰撞中控制能量，增強了對汽車乘客的保護；軸承:軸承級尼龍被廣泛地用在軸承架上，尼龍的彈性讓它可以在裝配時被壓縮，但一放置到位就膨脹回原型。尼龍的高耐久性和耐化學品性質延長了軸承的壽命，它在大范圍溫度變化

50、下的低摩擦性也使之成為理想的替代材料；調速輪:塑料材質的調速輪能夠減輕車輛質量，能盡可能減少調速輪旋轉飛出的危險，因為材料的性質使調速輪即使在碰撞情況下也不會破碎成鋒利的碎片。2)燃油系統燃油箱的形狀由于空間的限制一般變得很復雜，傳統的鋼制油箱難以制造出形狀復雜的制品，且制造工序多，成本高。塑料油箱成型加工性好、設計自由度大、可充分優化車廂底盤空間、減輕車輛質量、耐腐蝕性好、熱絕緣性好、耐久性能優異、生產效率高和制造成本低。一般材料為強度高、質量輕的高密度聚乙烯 (hdpe)材料，也有用超高分子量聚乙烯制作。十幾年前歐洲就開始用吹塑成型hdpe燃油箱，利用率達50%。但是pe對油的阻隔性差，為

51、了降低塑料油箱的漏油量，目前主要采用以下幾種生產方法來提高和改善其阻隔性:內壁進行磺化或氟化處理的單層油箱；用pe與阻隔材料層狀共混改性來成型油箱；也有用多層共擠吹塑(hdpe層/粘結層/阻隔層/粘結層/hdpe層)成型油箱。目前用在油路上的塑料主要仍是尼龍。尼龍的彈性、輕質和價格都是吸引制造商的地方，它可制成不同顏色的管線，使得線路的連接和跟蹤更容易。塑料油路的安全性、抗腐蝕和耐磨損性好，而且能減少震動。3)汽車底盤底盤是一部汽車的支撐部件，它保證了汽車的堅固性，通過減震來提高汽車的撞擊阻力。采取措施使汽車內噪音、振動水平(nvh)降低，不僅可提供舒適的駕駛感受，而且還降低連接件的壓力，延長

52、這些組件的使用壽命。降低nvh的決定性因素是能量的吸收，底盤塑料化是有效措施之一。底盤上的塑料件，雖然零件不大，但要求材料強度高、摩擦磨損性能好，因此改性pom和pbt用得較多。全世界第二輛全塑汽車baja就擁有了一個全塑料底盤。傳動軸將力從車的引擎傳遞到主軸，憑借塑料出色的能量傳遞特性，一根單獨的塑料傳動軸可以大大降低nvh的水平。通用汽車公司在2003年秋生產了一種裝備塑料復合材料底盤的雪佛蘭皮卡；福特汽車公司也在2003年下半年推出了自己的塑料復合材料皮卡底盤。4)汽車門鎖在汽車門鎖中，塑料件已成為汽車門鎖的重要構成部分，采用的塑料主要有pc、pom、pa、abs、pp、pe以及它們的改

53、性材料。汽車門鎖用塑料的年需求量在逐年增加。汽車門鎖主要包括內、外手柄部分，連接部分和鎖體部分。外手柄要求有較好的耐候性，最初采用的是鋁合金，國外20世紀70年代采用pc，其中abs改性pc較多；20世紀80年代，為降低成本，日本汽車商開始采用pom及其改性塑料。內手柄在車內，要求條件相對寬松，一般采用pa、pom、abs和pp等。汽車門鎖連接部分改用塑料制作，使汽車門鎖在使用中幾乎沒有噪音。由于pom和pa相比具有加工性能好和成本低等優點，預計將會有越來越多的汽車生產廠家在門鎖連接部分采用pom材料。門鎖的鎖體部分是門鎖的關鍵部件，幾乎所有廠家都使用pom材料來制作。塑料在鎖體上另一用途是消

54、音和減震，如用聚氨酯彈性體包覆金屬旋轉卡板和止動爪來達到消音和減震，或用尼龍和pom的潤滑性來消音、減震等。5)汽車輪胎汽車輪胎現仍主要用橡膠制作，但最近美國固特異輪胎橡膠公司和艾美萊輪胎公司合作，共同研發出了聚氨酯汽車輪胎。與普通橡膠相比，聚氨酯材料耐磨性好，用聚氨酯材料制造輪胎大多采用澆注工藝，它比橡膠輪胎均勻性更好，而且不會出現胎面剝離現象，但由于聚氨酯材料耐熱性不佳，所以很少用于制造高速輪胎。艾美萊公司已研制出一種特殊的聚氨酯材料，克服了聚氨酯不耐熱的缺點。據稱這種材料由多元醇、二苯甲烷二異氰酸酯等成分組成，艾美萊公司已經為這種材料申請了專利。3.2.2汽車制造中塑料的應用前景隨著汽車工業的快速發展，塑料在汽車中的用量迅速上升。據統計，世界汽車平均每輛塑料用量在2000年就已達105kg，約占汽車總質量的8%12%，到2001年增加到20%左右。目前，我國車用塑料的用量與國外相比差距還十分明顯，車用塑料用量僅為塑料總用量的014%，每輛汽車塑料用量平均只有14kg28kg，僅占整車自重的0.35%0.7%。與發達國家的差距說明，我國汽車專用料的發展空間還十分廣闊。4新材料加工技術在汽車輕量化中的應用鍛造、鑄造、沖壓、焊接、熱處理等