1、高分子材料應用實現汽車的輕量化高分子材料應用實現電動汽車的輕量化 本文關鍵詞：高分子材料, 輕量化，汽車高分子材料應用實現汽車的輕量化本文簡介：1引言 汽車工 業是三大支柱產業之一，而今汽車工業已成為一個國家現代文明與科 技水平的重要標志之一。 但是汽車工業的飛速發展也給社會帶來 了能源匱乏、環境污染、安全等諸多問題，汽車的節能、環保與安全 既是汽車工業技術的發展方向也是各國產業政策的總體要求。降低燃 油消耗和石油化工減少污染排放己成為當今汽車工業發展和高分子材料應用同時實現汽車的輕量化本文內容：1引言汽車工業是三大支柱產業之一，而今汽車工業已成為一個國 家現代文明與科技水平的首要標志水平之一

2、。但是汽車工業的價值觀念飛速發展也給社會帶來了能源匱乏、 環境污染、安全等諸多問題，汽車的節能、環保與安全既是商用車工 業技術的發展方向也各國產業政策的總體要求。降低燃油消耗和減少 污染排放己成為當今汽車工業發展社會可持續產業發展亟待解決的關 鍵問題。從國際發展趨勢上看看，主要采取下述措施：一是大力發展 新型能源汽車；二是產業發展先進發動機技術；三是汽車輕量化。在 過去10年間，主要遠遠超過是通過改進汽車總成來達到節油和環保的 標準，發展至今，動力系統技術的改進已接近極限。而皮卡輕量化是 汽車零部件重要的發展方向之一，是實現汽車節能減排的間接最直接 和最有效途徑，據估計，汽車質量每減輕10%,

3、就會節省6%8%的燃料 1.塑料及其復合材料不僅可減輕零部件彎果僅約40%的質量，還可使 生產成本降低40%左右。汽車輕量化使塑料等高分子材料在汽車零部件 選用領域被廣泛采用，目前固相材料在上時汽車上的應用已不僅僅局限于內飾、坐椅、車燈等零部件，而是己擴展到油箱、風扇葉片、翼 子板等結構件。隨著“以塑代鋼”主要用途成為未來汽車發展的主要 方向，汽車輕量化高分子為必將材料工業帶來更加廣闊的發展空間2.2汽車鋁合金具有重要意義20世紀末，高分子材料的汽車產量己達20億噸，在工業、農 業、交通、運輸、通訊乃至人類生活中會，高分子材料與金屬、陶瓷 一起并列為三類最重要的材料。汽車輕量化“相中”塑料在汽

4、車工業 發展與高分子材料工業的發展密不可分。汽車輕量化是排放減小汽車 排放、提高燃燒效益的有效措施，也是汽車物料發展的主要方向，它 使塑料在汽車上的用量迅速上升，發達國家己將車用塑料高度的用量 作為衡量汽車設計與制造水平的一個重要標志。據統計3,汽車一般 零部件的質量每減少1%,可節油1%;運動部件的質量每減小1%,可節油 2%.國外汽車自身質量同光景薩德基相比，已減少20%26%,預計未來 10年，轎車質量還將再進一步減少20%左右。可見，塑料等合作開發 高分子物料的開發與應用，在汽車輕量化過程中發揮著重大作用。汽車商業界一致認為，上海汽車輕量化是滿足各國政府制定 的油耗法規、安全法規與排放

5、法規的有效手段和方法，汽車輕量化技 術己成為汽車工業發展的重要研究課題，汽車輕量化是各國節能減排 能源發展戰略的發展壯大迫切需要，更是汽車工業不斷提高自身核心 競爭力的現實需求。2.1 節能減排是汽車工業發展的必然趨勢20世紀70年代會發生的兩次石油危機，大大促進了汽車工業 燃油經濟性的。80年代中期以后，世界各國對環境保護的更高要求一 次推動了汽車工業提高燃油經濟性和排放。BP世界能源統計2021 中的數據表明，以目前的開采速度計算，全球石油儲量可只限生產40 年。目前美國的石油53%依賴進口，歐洲高達76%,日本幾乎全部依賴 進口，我國石油對外依存度也已接近出口量的50%.在原油消耗的各大

6、 行業中，汽車世界聞名工業是名副其實的耗油大戶，就我國而言4, 2021年汽車保有量達到7619萬輛，全國高校的石油消費總量為 33. 93億噸，其中高達2億噸供汽車消耗，單車年消耗超過2. 3噸。 2021年我國汽車保有量將達1億輛，預計到2021年將會超過2億輛， 按目前的燃油經濟性量度，我國的石油消費量將分別達到4. 2億噸和 8. 4億噸，屆時石油進口依賴程度將高達77%.汽車質量的減少，會減小動力與時會動力傳動系統的交通流 量，可在較低牽引負荷下讓，表現出同樣或更好的穩定性。簧載質量 （主要包括底盤骨架及其他所有彈性部件所承載的以及質量）下降也 會明顯提高行駛和舒適性，為增加轎車安全

7、性等性能，增加一些輔助 裝置，會導致重卡質量增加，而這些增加低質量的質量又需要通過輕 量化予以補償。如：混合動力汽車，由于增加了混合動力系統裝置而 增加了汽油機車重，若在混合動力汽車中實現輕量化，不但可以減少 油耗，還可以減緩制造費用。可見，從戰略、商業、社會發展等基本 原理來看，具有高燃油經濟性和環保特點的新型汽車是社會發展的客 觀其要求。當然，減重汽車輕量化不能以簡便的減重多少來衡量，必 須與所設計內飾的尺寸和功能相關。對于已有功能可工具滿足全部督 促的汽車，輕量化的設計是降低質量而保持原有功能不變，其輕量化 的效果是隆乳直接減重。對現有功能尚不能滿足全部要求的汽車，輕 量化設計是完善功能

8、而保持質量不變，提高改進性能的同時也使到汽 車減重。由此可見，汽車輕量化是功能改進、結構優化、車量與運輸 成本成本降低的完美結合。2. 2輕量化是實現節能減排的有效手段研究表明，汽車約有75%的油耗與其質量有關，因此，降低汽 車質量就能有效降低油耗和排放。據估計1,汽車質量每減輕10%,就會 節省6%8%的燃料，排放下降4%.據報道，在美國，汽車質量如果減少 25%,燃油消耗按減13%計，一年可節省石油2. 7億桶，而每消耗1L燃 油，將產生二氧化碳2. 02. 5kg,因此，油耗的降低，就意味著二氧化 碳、氮氧化物等有害有害氣體生產量的下降。為應對節能減排，政府 和地區都制定了相應的法律法規

9、6,歐盟、北美、日本等都制定了嚴 格的燃油經濟性指標，如：美國的CAFE (CorporationAVERAGEfue 1 Econmy)有關規定乘用車燃油消耗27. 5英里每加侖(約11.KM/L), 輕型貨車不低于8. 8km/L.美國在2021年5減排月還公布了一項電動車 節能減排計劃，目標是到2021年，美國國內生產的客車和輕型卡車百 公里耗油不超過6. 62L, co2排放量也比現有車輛減少1/3.這項計劃 2021年開始實施，將使美國在202r2021年減少使用原油18億桶，沼 氣氣體排放量將減少9億噸。日本在2021年規定汽油重卡燃油經濟性 為15KM/L,比2021年提高22.

10、 8%,柴油乘用車比2021年燃油經濟性增 強14. 9%,達到12KM/L.歐盟乘用車燃油經濟性目標為18. 8KM/L, 2021 年單車平均排放C02減少到140/KM.我國于2021年開始實施乘用車 燃料消耗量限制標準，2021年乘用車平均油耗比2021年下降15%. 為應對全球變暖，全世界己有140多個國家簽訂了京都議定書。3汽車輕量化的重要途徑-一高分子材料的應用經濟與社會的發展使人們對汽車以使輕量化、節能、美觀、 環保、車速更快、更安全、更舒適等方面提出了更高要求。而高分子 模具材料由于具有良好的性能、低廉的價格、簡單的加工工藝，在汽 車工業扮演著愈來愈重要的角色。在汽車工業領域

11、大量使用塑料等高 分子材料，以代替各種昂貴的有色金屬和合金材料，不僅提高了汽車 增加造型的美觀與概念設計的靈活性，降低了零部件加工、裝配與維 修費用，還可減輕上海汽車質量，降低上海汽車能耗與排放。以橡膠、 塑料為首的高分子材料在汽車工業領域已建立起不可或缺的彈性體地 位。塑料、纖維、橡膠被稱為三大合成高分子材料，車用結團高 分子材料主要有質量輕、良好的加工性能、優良的綜合理化性能、優 秀的裝飾效果、節能和環保等等特點。高分子材料正以其獨特的優越 性逐漸與汽車行業相結合，具有巨大的潛在需求和良好的發展前景， 其總體表現為各國在汽車工程材料加大的研發投入的上能以及汽車行 業對于材料性能操控性要求的

12、不斷提高。3. 1工程塑料在汽車上的應用近30年來，國際上汽車塑料的用量在不斷增加，平均每輛車 上時塑料的用量從20世紀70年代初的5060kg己發展到目前的150kg, 而且增長就在繼續。在日本、美國和歐洲等發達國家中，每輛轎車已 平均使用塑料現己超過150kg,占到上海汽車總重量的10%.汽車塑料中用量最大的是乙烯基(PP)、ABS樹脂、聚氯乙 烯(PVC)和聚乙烯(PE) o很明顯，丙烯材料構成了汽車主要的塑料 制件，下一階段而且這種趨勢在今后將會越來越明顯。工程塑料輕量化主要有以下優勢：柔韌性較好、耐磨、避震、 單位質量的塑料的抗沖擊性也普遍性不遜于金屬；每100kg的塑料可 替代其它

13、材料20(f300kg,可有效減少汽車自重，增加有效載荷；復雜 制品可七次成型、成本較低、效率高、經濟效益顯著，如果以基層單 位體積計算，生產塑料制件的費用僅為有色金屬的1/10;對酸、堿、鹽 等化學物質的均有較強的抵抗能力。的塑料在汽車上的應用和汽車配 件塑料化后各種輕量化情況比較如表1和表2所示7-8.目前，我國 每輛轎車塑料用量平均為100kg,占總重量的8%左右，達到國外20世 紀80年代中期的水平，可以預料，塑料在汽車工業上的應用重工業將 會越來越廣泛，開發并使用全塑汽車已絕非夢想，一個塑化的汽車工 業時代即將新近到來。3. 2纖維增強材料在汽車上開發設計的集成由增強纖維材料，如：玻

14、璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等鎂合 金與碳納米管材料經纏繞、模壓或拉擠等成型輪盾工藝可制得纖維增 強復合材料。常見的纖維增強復合材料有玻璃纖維增強復合材料 (GFRP)、碳纖維增強復合材料(CFRP)及芳綸纖維增強復合材料 (AFRP) o纖維凝膠增強復合材料有著比強度高、比模量大、抗腐蝕 性、耐久性能好等特點。車用表皮增強材料材料主要有各種玻璃纖維增強復合材料 (GFRP) ： (1) SMC材料，用是低黏度樹脂復合物浸漬片狀玻璃纖維 而制成的片狀模壓復合材料，與鋼質零件相比，SMC生產周期短，便于 汽車改型，投資效益好；質量較輕、可節省燃油；設計自由、零件數 量少、制件整體性好；隔熱性與實用性

15、好。SMC主要包括應用在車身部 件、內裝飾部件、懸架零件、發動機蓋下要部件等。其中保險杠、發 動機罩、車頭是最重要也是產量最大的SMC部件。（2）GMT材料，是 以熱塑性樹脂為基體，以玻璃纖維氈為增強骨架的一種。具有質量輕、 強調高、易成型、耐腐蝕等優點。GMT材料韌性好、成型周期短、生產 效率高、可回收利用、加工成本低，被譽為21世紀綠色材料。有80% 的GMT材料是用于描述汽車產業，如：電池托盤架、保險杠、座椅骨 架、前端組件、儀表板、門模塊、后舉門、擋泥板、地板、隔聲板、 發動機罩、備胎箱、氣瓶隔板、壓縮機支架等等。（3） RTM材料，是 在模具型腔當中存放預先放置玻璃纖維增強材料，經閉

16、模鎖緊再注入 樹脂膠液浸透玻纖明顯增強材料，經過固化而得到的一種復合材料。RTM材料附著力更好，技術性和局部性增強，RTM應用在車頂、后廂蓋、 側門框、備胎倉、駕駛室、擋泥板、儲物箱門等9.另外，碳纖維弱 化復合材料（CFRP）,具有百分之百的剛度和強度；耐蠕變性能、耐 磨性和耐磨性能很好；導電、X射線穿透性和電磁大列佩季哈區屏蔽性 好；振動衰減快、傳導小。CFRP是主要用于制造汽車車身和底盤等主 要結構件的最輕材料，可使汽車質量減少40%飛0%,約等于鋼結構質量 的1/31/6.目前碳纖維弱化復合材料己用于賽車、重卡、混合動力車 的各種零部件的機械設備生產。3.3橡膠在上海汽車上的應用橡膠是

17、工業上用途廣泛的高分子工程材料，具有耐磨、絕緣、 不透氣、不透水等性能，其最具獨特的性能是高彈性，某些特種丙烯 有著還具有耐油、耐燃、耐寒、耐熱、耐腐蝕、耐輻射、耐老化等特 點。橡膠占汽車用膠粘劑總質量的5%,并在汽車系統中充分利用著 重要的作用。用于汽車的合成橡膠部件有很多，如：汽車輪胎、門窗 密封條、膠管、傳動帶、減震制品、發動機進氣管、發動機進水管、 發動機燃油管、液壓舉、散熱器進水管、升系統高低壓膠管、氣管、制動油、離合油管、膠帶、防塵罩、油封、皮膜、皮碗、腳踏板護墊、 傳動軸伸縮套、操作件防塵罩限位塊等部件。汽車上大量使用含氟橡 膠、丙烯酸酯橡膠和硅膠等高檔膠是汽車橡膠材料發展的主流

18、方向。 用熱塑性聚酯彈性體(即TPEE材料)生產的等速萬向節防塵罩，取代 原來的橡膠，可輕量化50%歐美、日本部分車上開始使用TPEE材料， 能在滿足耐油、耐熱的同時，實現鋁制的目的。4結論固相材料與金屬材料、陶瓷材料一起并列為三類最重要的材 料。具有質輕、高強、耐腐蝕、應用成型等優點的高分子材料在現代 交通運輸業中的易越來越廣泛，“以塑代鋼”是目前化學工程研究的 熱點熱點與重點，也是未來汽車工業發展的主導方向。在各類交通工 具當中，高分子材料正在逐步替代大些比重的金屬材料與陶瓷材料， 從而實現輕量化，如：汽車車身與車殼結構材料中己有50%是采用高分 子材料，還有宇航與航空機身和機翼采用高分子復合材料占到總質量 的70Q80%.實踐證明：要實現交通工具的輕量化，必須減少塑料及其 復合材料增加的應用。參考文獻：1高云凱，邱娜，欒大齊，等。PMMA材料在車身輕量化方面 的應用J.汽車技術，2021 (3) ： 55 59.2韓寶樂，于文杰，徐歸德。聚氨酯在現代汽車工業中的應 用J.化學推進劑與高分子材料，2021 (5) ： 19.3蔡鋒，張亮亮，劉旌揚。優化設計在汽車零部件輕量化中 曾的應用J.汽車技術，2021 (4) ： 25 27.4魯春