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面對汽車行業(yè)日益嚴(yán)峻的節(jié)能減排發(fā)展要求，汽車輕量化已成為汽車發(fā)展的必由之路。為了減輕重量，我們必須從改善汽車的材料著手，開發(fā)更好、更輕的汽車材料，這將降低能源消耗，進(jìn)而減少排放污染。汽車材料的發(fā)展是汽車技術(shù)發(fā)展的一個重要方面，新材料和新工藝對汽車工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

從單一材料的角度來看，近年來出現(xiàn)的一些新型復(fù)合材料對此功不可沒。今天，就讓我們跟隨化學(xué)塑料俱樂部來盤點(diǎn)一下這些與汽車親密接觸的復(fù)合材料吧。

1.碳纖維復(fù)合材料

碳纖維是一種以碳元素為主的特種纖維，其含碳量因種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳材料的特性，如耐高溫、耐磨、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕等。碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料比重小、剛性好、強(qiáng)度高，是一種先進(jìn)的航空航天材料?，F(xiàn)在F1(世界一級方程式錦標(biāo)賽)賽車的大部分結(jié)構(gòu)都是碳纖維的。頂級跑車的賣點(diǎn)之一是在車身各處使用碳纖維，以提高空氣動力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

碳纖維復(fù)合材料的材料性能和發(fā)展趨勢符合汽車產(chǎn)業(yè)輕量化的發(fā)展需求，特別是隨著新能源汽車的發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用將會越來越多。

鑒于碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)異性能，國外已逐步將其應(yīng)用于汽車內(nèi)外裝飾、底盤和電器部件。碳纖維復(fù)合材料和熱塑性復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用可能會取代傳統(tǒng)的金屬零件。

碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用也面臨許多問題:

以及成本和效率的匹配。

碳纖維復(fù)合材料汽車零部件缺乏大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。

有必要研究能生長出各種形狀和性能的汽車零部件的工藝方法。

缺乏碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的快速大批量連接技術(shù)。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車部件的回收利用。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車零部件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)方法、分析工具和碰撞模型都不完善。

碳纖維在汽車上的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化，同時滿足足夠的汽車剛性要求，既能滿足全球節(jié)能減排的需求，又能滿足大眾滿足公關(guān)的節(jié)油問題。而碳纖維材料成本太高，小部件價(jià)格維持在幾萬元，不降低成本碳纖維材料很難成為主流材料。

二、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

汽車用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性材料、玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性材料(GMT)、片狀模塑料(SMC)、樹脂傳遞模塑材料(RTM)和手糊FRP制品。

為了提高塑料材料的性能，高分子樹脂填料的研究取得了迅速的進(jìn)展。由于增強(qiáng)材料和填充材料的多樣性，以玻璃纖維為增強(qiáng)材料的材料稱為玻璃鋼。由于玻璃纖維的加入大大提高了塑料的物理機(jī)械性能，一般塑料經(jīng)過增強(qiáng)后，也可用作工程材料。對于一些工程塑料，通過增強(qiáng)，拓展了作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用領(lǐng)域的深度和廣度。

玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(GMT)是目前世界上非?；钴S的復(fù)合材料發(fā)展品種。它是一種以熱塑性樹脂為基體，玻璃纖維氈為增強(qiáng)骨架的新型節(jié)能輕質(zhì)復(fù)合材料。一般可以生產(chǎn)板材半成品，然后直接加工成所需形狀的產(chǎn)品。纖維可以是短切玻璃纖維或連續(xù)玻璃纖維氈，熱塑性樹脂可以是通用塑料、工程塑料或高性能塑料。

SMC的應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及對材料工業(yè)的要求SMC是一種重要的增強(qiáng)熱固性塑料，因其性能優(yōu)異、可批量生產(chǎn)、表面A級等優(yōu)點(diǎn)，在汽車上得到廣泛應(yīng)用。

長玻璃纖維增強(qiáng)PP和LGFPP具有密度低、比強(qiáng)度高、比模量高、抗沖擊性強(qiáng)、尺寸穩(wěn)定、低翹曲等顯著特點(diǎn)。與鋼、鋁等金屬材料和熱固性復(fù)合材料相比，LGFPP可以為設(shè)計(jì)師提供更大的設(shè)計(jì)靈活性，可以成型形狀復(fù)雜的汽車零件，減少產(chǎn)品使用的零件數(shù)量，節(jié)省模具成本。

第三，長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料

長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(LFT)是纖維增強(qiáng)聚合物領(lǐng)域的一種新型先進(jìn)輕質(zhì)材料。以熱塑性樹脂為基體，以長纖維(主要是玻璃纖維和碳纖維，10-25mm)為纖維增強(qiáng)材料的熱塑性過河材料具有重量輕、強(qiáng)度高、耐沖擊熱性能強(qiáng)、耐腐蝕、成型加工性能優(yōu)異、環(huán)保、性價(jià)比高、密度低等優(yōu)點(diǎn)，在汽車輕量化應(yīng)用中顯示出良好的前景。

LFT的力學(xué)性能與增強(qiáng)纖維的長度密切相關(guān)。與同類短纖維(纖維長度小于1mm)增強(qiáng)注射成型熱塑性復(fù)合材料相比，LFT材料在強(qiáng)度、抗沖擊性能、能量吸收率等方面都有很大提高。這些特點(diǎn)也為LFT在要求更高的汽車內(nèi)外結(jié)構(gòu)件和半結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，成為汽車行業(yè)青睞的主要原因之一。

用于汽車的LFT的增強(qiáng)纖維通常是玻璃纖維。理論上這種玻璃纖維在產(chǎn)品中的比例可以達(dá)到10% ~ 80%(指質(zhì)量比)，但實(shí)際上常用玻璃纖維的比例通常為20% ~ 40%。玻璃纖維作為一種增強(qiáng)材料，通常用于制造增強(qiáng)塑料或橡膠，其自身的特性使其更廣泛地應(yīng)用于前模塊、塑料油箱、車底護(hù)板、備胎箱、全景天窗、發(fā)動機(jī)下板等諸多零部件。

四。天然纖維復(fù)合材料

常見的天然纖維有木纖維、麻纖維、棉纖維、竹纖維等。，而木纖維和麻纖維是目前廣泛使用的兩種纖維，在輕量化方面有很好的表現(xiàn)。

除了環(huán)境影響，復(fù)合材料的成本也是一個重要因素。玻璃纖維和碳纖維本身的生產(chǎn)成本就比較高，油價(jià)的波動也意味著與之相關(guān)的復(fù)合材料整體價(jià)格不穩(wěn)定。并且對成本和環(huán)境的關(guān)注驅(qū)使該行業(yè)開發(fā)一種新材料，其在與當(dāng)前復(fù)合材料機(jī)械系統(tǒng)類似的性能的前提下具有更低的成本和更環(huán)保的工藝。這種新材料是天然纖維增強(qiáng)聚合物，而纖維或聚合物原料或兩者都來自可再生資源。目前，正在積極開發(fā)新型復(fù)合材料的研究人員正在對天然纖維增強(qiáng)聚合物進(jìn)行評估。

與傳統(tǒng)的石油基塑料、玻璃和碳纖維相比，這種復(fù)合材料具有生物材料成本低、原料可再生、密度比傳統(tǒng)的玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)塑料低的明顯優(yōu)勢。然而，為了取代目前使用的部分或全部纖維增強(qiáng)塑料，必須確保生物基復(fù)合材料具有合理的力學(xué)性能。

天然纖維增強(qiáng)的石油基塑料已經(jīng)用于汽車領(lǐng)域來生產(chǎn)各種內(nèi)部和非結(jié)構(gòu)部件，包括杯架、門板和行李箱邊緣。目前的汽車部件，如保險(xiǎn)杠，都是采用玻璃纖維復(fù)合材料，可以用混合的天然和玻璃纖維復(fù)合材料代替，后者性能相近甚至更好。以大眾XL1（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）為例，它的內(nèi)飾部分，包括通風(fēng)管道，全部使用木質(zhì)纖維。與大眾Polo（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）相比，使用木纖維后，重量從184 kg變?yōu)?0 kg，減重約57%。除了大眾XL1，寶馬、奧迪、奔馳等很多車型也在門板、飾板、座椅靠背、儀表盤、ABC柱、行李箱蓋等部件上使用這種材料。一般來說，大多數(shù)天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能略遜于傳統(tǒng)材料，但使用混雜纖維將減少對玻璃纖維和碳纖維的依賴，大大降低成本和環(huán)境影響。

不同復(fù)合材料的性能、強(qiáng)度、成本相對不同。根據(jù)不同汽車零部件的要求選擇最合適的復(fù)合材料是汽車生產(chǎn)的方向，技術(shù)人員也在研發(fā)更多更好的新型復(fù)合材料應(yīng)用于未來汽車，以達(dá)到安全、環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的目的。