高分子材料在汽车上的应用

吴锐+韩少伟+马亮

摘 要：汽车工业飞速发展，随之而来的是对汽车材料、工艺和性能更高的要求。高分子材料以其本身较轻的质量、较高的性能、良好的加工性和低成本迎合了汽车生产的要求，在汽车的内外饰和结构部件中得到了广泛的应用，并且占据着越来越重的地位。

关键词：汽车；高分子材料；应用

前言

20 世纪90 年代以来，世界汽车工业，尤其是中国的汽车工业不断飞速发展，汽车产量持续增长，已成为三大支柱产业之一。但同时也对汽车的材料、结构和制造工艺提出了更高的需求，要求汽车在结构、重量、减振、防腐、隔音、节能等方面有突破性的进展。

塑料、纤维、橡胶是合成高分子材料的三大种类，它们以其本身重量轻、韧性好、耐腐蚀、高冲击强度、加工性好等优点，在汽车制造中逐渐替代了部分昂贵的金属及其合金材料，不但可以使汽车达到轻量化，实现节能的效果，还可提高构件成型加工性，降低生产成本，同时提高汽车舒适性和安全性。目前，高分子材料已普遍应用于汽车很多部分的结构件当中，正以其独特的性能优势逐渐融入汽车产业，建立起不可或缺的地位。

1 塑料在汽车上的应用

很多塑料，包括PP、PC、ABS等在汽车很多部分都有应用，如汽车的仪表板、门把手、座椅、保险杠、车灯等，比较多的是在汽车的内饰和外饰方面。汽车的内饰件主要有仪表板、方向盘、地垫、车门内板、座椅等，不但要求具有隔音减震且隔热的作用，还要具有高抗冲性、高硬度、高强度与刚性、耐腐蚀性、耐磨性、环保等特点[1]。塑料，尤其是聚丙烯材料，以其无与伦比的性能优势取代了原有的金属和纤维制品，得到了汽车内饰件的普遍应用。汽车的外饰件主要有保险杠、车灯、玻璃、把手、雨刮等。金属合金在过去的很长时间内被用于汽车外饰件，但金属本身质量大、易腐蚀、价格相对较贵，因此被PP、PET、PBT、PC等塑料逐步取代。尤其是在保险杠方面，高分子材料具有较大弹性、可以有效低消外界冲击、不易损伤，它的应用使得保险杠在受到外力冲击的过程中，能够最大程度地减缓冲击力，保护生命安全。

总的来说，塑料在汽车应用上具有很多优势[2]：

（1）具有较好的柔韧性、耐磨性、避震性且单位质量塑料的抗冲击性也不逊于金属；

（2）密度小，质量轻，可有效减少汽车自重，增加有效载荷；

（3）耐腐性，对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均具有较强的抵抗能力。

（4）加工成型性好，很多制品都可一次成型，提高生产效率，降低生产成本。

这些独特的性能优势，使得塑料在汽车上的用量不断增加，已占到汽车总重量的10%，而且增长还在继续。

2 纤维在汽车上的应用

汽车上一般应用的纤维材料多为纤维增强复合材料，是由玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等纤维与基体材料经缠绕、模压或拉挤等成型工艺制得的，具有高的强度、模量、韧性、耐腐蚀性和耐久性等。常见的有玻璃纤维增强复合材料（GFPR）、碳纤维增强复合材料（CFPR）及芳纶纤维增强复合材料（AFPR）。

玻璃纤维增强塑料（GFPR）俗称玻璃钢[3]，不仅质量稳定、资源丰富、成本低，而且吸收冲击能量的性能、耐腐蚀性能较好，降低噪音的效果较好，且设计灵活，是目前汽车上应用较多的一类纤维增强复合材料，可用于发动机、发动机周边部件及车身结构件、覆盖件等，也有用于车身壳体的。

碳纤维增强复合材料密度不到钢的1/4，但强度却是钢的7～9倍[4]，具有足够的强度和刚度，以及优良的综合性能，常用于制造汽车车身、前端框架和骨架材料、传动轴、板簧、气瓶、高强度外覆盖件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能。

芳纶纤维增强复合材料[5]相较于前两种材料，价格相对太高，目前在汽车方面应用还不普遍，但也由于其高的比强度、比模量，在汽车轮胎帘子线、摩擦材料、气瓶等方面有诸多不可取代的应用。同时，芳纶纤维还作为高性能防护材料，可用作汽车防弹装甲，如汽车门及汽车外壳的防弹内衬，为军工事业、运钞车和防暴车等提供保护。

3 橡胶在汽车上的应用

橡胶是高分子材料中应用较为广泛的一类，在汽车用非金属材料中，也占据了重要的地位，是有些部分甚至是其他材料都无法取代的。它具有非常独特的高弹性，还具有耐磨性、绝缘性、不透气、不透水等性能，氟橡胶、氟硅橡胶、氢化丁腈橡胶（HNBR）、丙烯酸橡胶等特种合成橡胶[6]还具有耐油、耐热、耐燃、耐寒、耐腐蚀、耐老化、耐辐射等多种特点。这些独特的性能为汽车中需要长期摩擦、经受气候考验以及需要长期结构油和应力的部分提供了解决之道，使得橡胶在汽车轮胎、油封、O圈等密封件、加热冷却系统、减震、气管等很多部件都广泛应用。这些部件都承担着每辆车十分重要的机能，约占到了车辆自重的3%～6%，对整车质量和性能以及安全行驶具有至关重要的作用。

4 结论

当前汽车工业飞速发展，汽车轻量化是一个必然的趋势。而高分子材料则具有重量轻、韧性好、耐油、耐候性好、不易腐蚀、易加工、成本低、安全环保等很多优点，因此将来必然会在汽车生产中占据越来越重的地位。同时，以塑料代替金属及其合金材料也是目前材料科学研究的热点和重点，相信高分子材料有望在不久的将来可以代替金属在汽车生产中得到普遍的应用。

参考文献：

[1] 杨青.高分子材料在汽车领域应用探讨[J].科技文档，2016，11（747）.

[2] 張红英， 欧阳八生. 汽车轻量化之有效途径——高分子材料的应用[J]. 模具技术， 2014 （5）： 54-58.

[3] 郑学森， 潘徽辉. 玻璃钢/复合材料在汽车工业中的应用[J]. 新材料产业， 2008 （3）： 25-32.

[4] 周宇飞， 朱熠. 新型纤维增强复合材料在汽车上的应用[J]. 汽车工艺与材料， 2012 （10）： 24-29.

[5] 谢霞， 余军， 温秉权， 等. 复合材料在汽车上的应用[J]. 国际纺织导报， 2010 （12）： 56.

[6] 冯先敬. 特种橡胶材料在汽车密封制品中的应用[J]. 橡塑技术与装备， 2016 （6）： 65-66.endprint