高分子材料在汽車(chē)上的應(yīng)用

吳銳+韓少偉+馬亮

摘 要：汽車(chē)工業(yè)飛速發(fā)展，隨之而來(lái)的是對(duì)汽車(chē)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(chē)生產(chǎn)的要求，在汽車(chē)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(lái)越重的地位。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；高分子材料；應(yīng)用

前言

20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，世界汽車(chē)工業(yè)，尤其是中國(guó)的汽車(chē)工業(yè)不斷飛速發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，已成為三大支柱產(chǎn)業(yè)之一。但同時(shí)也對(duì)汽車(chē)的材料、結(jié)構(gòu)和制造工藝提出了更高的需求，要求汽車(chē)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(jìn)展。

塑料、纖維、橡膠是合成高分子材料的三大種類(lèi)，它們以其本身重量輕、韌性好、耐腐蝕、高沖擊強(qiáng)度、加工性好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)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(chē)達(dá)到輕量化，實(shí)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(shí)提高汽車(chē)舒適性和安全性。目前，高分子材料已普遍應(yīng)用于汽車(chē)很多部分的結(jié)構(gòu)件當(dāng)中，正以其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)逐漸融入汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，建立起不可或缺的地位。

1 塑料在汽車(chē)上的應(yīng)用

很多塑料，包括PP、PC、ABS等在汽車(chē)很多部分都有應(yīng)用，如汽車(chē)的儀表板、門(mén)把手、座椅、保險(xiǎn)杠、車(chē)燈等，比較多的是在汽車(chē)的內(nèi)飾和外飾方面。汽車(chē)的內(nèi)飾件主要有儀表板、方向盤(pán)、地墊、車(chē)門(mén)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(qiáng)度與剛性、耐腐蝕性、耐磨性、環(huán)保等特點(diǎn)[1]。塑料，尤其是聚丙烯材料，以其無(wú)與倫比的性能優(yōu)勢(shì)取代了原有的金屬和纖維制品，得到了汽車(chē)內(nèi)飾件的普遍應(yīng)用。汽車(chē)的外飾件主要有保險(xiǎn)杠、車(chē)燈、玻璃、把手、雨刮等。金屬合金在過(guò)去的很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被用于汽車(chē)外飾件，但金屬本身質(zhì)量大、易腐蝕、價(jià)格相對(duì)較貴，因此被PP、PET、PBT、PC等塑料逐步取代。尤其是在保險(xiǎn)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(xiǎn)杠在受到外力沖擊的過(guò)程中，能夠最大程度地減緩沖擊力，保護(hù)生命安全。

總的來(lái)說(shuō)，塑料在汽車(chē)應(yīng)用上具有很多優(yōu)勢(shì)[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(chē)自重，增加有效載荷；

（3）耐腐性，對(duì)酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)的腐蝕均具有較強(qiáng)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(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，使得塑料在汽車(chē)上的用量不斷增加，已占到汽車(chē)總重量的10%，而且增長(zhǎng)還在繼續(xù)。

2 纖維在汽車(chē)上的應(yīng)用

汽車(chē)上一般應(yīng)用的纖維材料多為纖維增強(qiáng)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(qiáng)度、模量、韌性、耐腐蝕性和耐久性等。常見(jiàn)的有玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFPR）、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFPR）及芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（AFPR）。

玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFPR）俗稱(chēng)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(jì)靈活，是目前汽車(chē)上應(yīng)用較多的一類(lèi)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件及車(chē)身結(jié)構(gòu)件、覆蓋件等，也有用于車(chē)身殼體的。

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

芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料[5]相較于前兩種材料，價(jià)格相對(duì)太高，目前在汽車(chē)方面應(yīng)用還不普遍，但也由于其高的比強(qiáng)度、比模量，在汽車(chē)輪胎簾子線(xiàn)、摩擦材料、氣瓶等方面有諸多不可取代的應(yīng)用。同時(shí)，芳綸纖維還作為高性能防護(hù)材料，可用作汽車(chē)防彈裝甲，如汽車(chē)門(mén)及汽車(chē)外殼的防彈內(nèi)襯，為軍工事業(yè)、運(yùn)鈔車(chē)和防暴車(chē)等提供保護(hù)。

3 橡膠在汽車(chē)上的應(yīng)用

橡膠是高分子材料中應(yīng)用較為廣泛的一類(lèi)，在汽車(chē)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(wú)法取代的。它具有非常獨(dú)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(diǎn)。這些獨(dú)特的性能為汽車(chē)中需要長(zhǎng)期摩擦、經(jīng)受氣候考驗(yàn)以及需要長(zhǎng)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(chē)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(chē)十分重要的機(jī)能，約占到了車(chē)輛自重的3%～6%，對(duì)整車(chē)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(chē)工業(yè)飛速發(fā)展，汽車(chē)輕量化是一個(gè)必然的趨勢(shì)。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(diǎn)，因此將來(lái)必然會(huì)在汽車(chē)生產(chǎn)中占據(jù)越來(lái)越重的地位。同時(shí)，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(diǎn)和重點(diǎn)，相信高分子材料有望在不久的將來(lái)可以代替金屬在汽車(chē)生產(chǎn)中得到普遍的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 張紅英， 歐陽(yáng)八生. 汽車(chē)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(chē)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(qiáng)復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用[J]. 汽車(chē)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(chē)上的應(yīng)用[J]. 國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)， 2010 （12）： 56.

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