吳銳+韓少偉+馬亮

摘 要：汽車工業(yè)飛速發(fā)展，隨之而來的是對汽車材料、工藝和性能更高的要求。高分子材料以其本身較輕的質(zhì)量、較高的性能、良好的加工性和低成本迎合了汽車生產(chǎn)的要求，在汽車的內(nèi)外飾和結(jié)構(gòu)部件中得到了廣泛的應(yīng)用，并且占據(jù)著越來越重的地位。

關(guān)鍵詞：汽車；高分子材料；應(yīng)用

前言

20 世紀(jì)90 年代以來，世界汽車工業(yè)，尤其是中國的汽車工業(yè)不斷飛速發(fā)展，汽車產(chǎn)量持續(xù)增長，已成為三大支柱產(chǎn)業(yè)之一。但同時也對汽車的材料、結(jié)構(gòu)和制造工藝提出了更高的需求，要求汽車在結(jié)構(gòu)、重量、減振、防腐、隔音、節(jié)能等方面有突破性的進展。

塑料、纖維、橡膠是合成高分子材料的三大種類，它們以其本身重量輕、韌性好、耐腐蝕、高沖擊強度、加工性好等優(yōu)點，在汽車制造中逐漸替代了部分昂貴的金屬及其合金材料，不但可以使汽車達到輕量化，實現(xiàn)節(jié)能的效果，還可提高構(gòu)件成型加工性，降低生產(chǎn)成本，同時提高汽車舒適性和安全性。目前，高分子材料已普遍應(yīng)用于汽車很多部分的結(jié)構(gòu)件當(dāng)中，正以其獨特的性能優(yōu)勢逐漸融入汽車產(chǎn)業(yè)，建立起不可或缺的地位。

1 塑料在汽車上的應(yīng)用

很多塑料，包括PP、PC、ABS等在汽車很多部分都有應(yīng)用，如汽車的儀表板、門把手、座椅、保險杠、車燈等，比較多的是在汽車的內(nèi)飾和外飾方面。汽車的內(nèi)飾件主要有儀表板、方向盤、地墊、車門內(nèi)板、座椅等，不但要求具有隔音減震且隔熱的作用，還要具有高抗沖性、高硬度、高強度與剛性、耐腐蝕性、耐磨性、環(huán)保等特點[1]。塑料，尤其是聚丙烯材料，以其無與倫比的性能優(yōu)勢取代了原有的金屬和纖維制品，得到了汽車內(nèi)飾件的普遍應(yīng)用。汽車的外飾件主要有保險杠、車燈、玻璃、把手、雨刮等。金屬合金在過去的很長時間內(nèi)被用于汽車外飾件，但金屬本身質(zhì)量大、易腐蝕、價格相對較貴，因此被PP、PET、PBT、PC等塑料逐步取代。尤其是在保險杠方面，高分子材料具有較大彈性、可以有效低消外界沖擊、不易損傷，它的應(yīng)用使得保險杠在受到外力沖擊的過程中，能夠最大程度地減緩沖擊力，保護生命安全。

總的來說，塑料在汽車應(yīng)用上具有很多優(yōu)勢[2]：

（1）具有較好的柔韌性、耐磨性、避震性且單位質(zhì)量塑料的抗沖擊性也不遜于金屬；

（2）密度小，質(zhì)量輕，可有效減少汽車自重，增加有效載荷；

（3）耐腐性，對酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)的腐蝕均具有較強的抵抗能力。

（4）加工成型性好，很多制品都可一次成型，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

這些獨特的性能優(yōu)勢，使得塑料在汽車上的用量不斷增加，已占到汽車總重量的10%，而且增長還在繼續(xù)。

2 纖維在汽車上的應(yīng)用

汽車上一般應(yīng)用的纖維材料多為纖維增強復(fù)合材料，是由玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等纖維與基體材料經(jīng)纏繞、模壓或拉擠等成型工藝制得的，具有高的強度、模量、韌性、耐腐蝕性和耐久性等。常見的有玻璃纖維增強復(fù)合材料（GFPR）、碳纖維增強復(fù)合材料（CFPR）及芳綸纖維增強復(fù)合材料（AFPR）。

玻璃纖維增強塑料（GFPR）俗稱玻璃鋼[3]，不僅質(zhì)量穩(wěn)定、資源豐富、成本低，而且吸收沖擊能量的性能、耐腐蝕性能較好，降低噪音的效果較好，且設(shè)計靈活，是目前汽車上應(yīng)用較多的一類纖維增強復(fù)合材料，可用于發(fā)動機、發(fā)動機周邊部件及車身結(jié)構(gòu)件、覆蓋件等，也有用于車身殼體的。

碳纖維增強復(fù)合材料密度不到鋼的1/4，但強度卻是鋼的7～9倍[4]，具有足夠的強度和剛度，以及優(yōu)良的綜合性能，常用于制造汽車車身、前端框架和骨架材料、傳動軸、板簧、氣瓶、高強度外覆蓋件等，可有效降低汽車自重并提高汽車性能。

芳綸纖維增強復(fù)合材料[5]相較于前兩種材料，價格相對太高，目前在汽車方面應(yīng)用還不普遍，但也由于其高的比強度、比模量，在汽車輪胎簾子線、摩擦材料、氣瓶等方面有諸多不可取代的應(yīng)用。同時，芳綸纖維還作為高性能防護材料，可用作汽車防彈裝甲，如汽車門及汽車外殼的防彈內(nèi)襯，為軍工事業(yè)、運鈔車和防暴車等提供保護。

3 橡膠在汽車上的應(yīng)用

橡膠是高分子材料中應(yīng)用較為廣泛的一類，在汽車用非金屬材料中，也占據(jù)了重要的地位，是有些部分甚至是其他材料都無法取代的。它具有非常獨特的高彈性，還具有耐磨性、絕緣性、不透氣、不透水等性能，氟橡膠、氟硅橡膠、氫化丁腈橡膠（HNBR）、丙烯酸橡膠等特種合成橡膠[6]還具有耐油、耐熱、耐燃、耐寒、耐腐蝕、耐老化、耐輻射等多種特點。這些獨特的性能為汽車中需要長期摩擦、經(jīng)受氣候考驗以及需要長期結(jié)構(gòu)油和應(yīng)力的部分提供了解決之道，使得橡膠在汽車輪胎、油封、O圈等密封件、加熱冷卻系統(tǒng)、減震、氣管等很多部件都廣泛應(yīng)用。這些部件都承擔(dān)著每輛車十分重要的機能，約占到了車輛自重的3%～6%，對整車質(zhì)量和性能以及安全行駛具有至關(guān)重要的作用。

4 結(jié)論

當(dāng)前汽車工業(yè)飛速發(fā)展，汽車輕量化是一個必然的趨勢。而高分子材料則具有重量輕、韌性好、耐油、耐候性好、不易腐蝕、易加工、成本低、安全環(huán)保等很多優(yōu)點，因此將來必然會在汽車生產(chǎn)中占據(jù)越來越重的地位。同時，以塑料代替金屬及其合金材料也是目前材料科學(xué)研究的熱點和重點，相信高分子材料有望在不久的將來可以代替金屬在汽車生產(chǎn)中得到普遍的應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 楊青.高分子材料在汽車領(lǐng)域應(yīng)用探討[J].科技文檔，2016，11（747）.

[2] 張紅英， 歐陽八生. 汽車輕量化之有效途徑——高分子材料的應(yīng)用[J]. 模具技術(shù)， 2014 （5）： 54-58.

[3] 鄭學(xué)森， 潘徽輝. 玻璃鋼/復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 新材料產(chǎn)業(yè)， 2008 （3）： 25-32.

[4] 周宇飛， 朱熠. 新型纖維增強復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用[J]. 汽車工藝與材料， 2012 （10）： 24-29.

[5] 謝霞， 余軍， 溫秉權(quán)， 等. 復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用[J]. 國際紡織導(dǎo)報， 2010 （12）： 56.

[6] 馮先敬. 特種橡膠材料在汽車密封制品中的應(yīng)用[J]. 橡塑技術(shù)與裝備， 2016 （6）： 65-66.endprint