汽車新材料與新工藝

杜毅平 王牧

主題詞：汽車色彩 新型材料 黑科技

摘要：汽車色彩設(shè)計(jì)近年受到越來(lái)越多的重視，內(nèi)飾色彩開(kāi)發(fā)作為一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，需要很多系統(tǒng)的支持與研究，其中新型材料與工藝的研發(fā)是支撐越來(lái)越具有美學(xué)感，實(shí)用性和科技感的汽車內(nèi)外飾色彩設(shè)計(jì)的主要部分。

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的未來(lái)，大量的新科技新技術(shù)，給我們的生活、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)帶來(lái)越來(lái)越多的便利。 作為我們出行的主要交通工具，對(duì)汽車各類功能性，美學(xué)感的要求會(huì)日益提升。主要可以歸類為純?yōu)槊缹W(xué)和趣味性而準(zhǔn)備的黑科技材料技術(shù)，有為了日常出行安全性考慮的安全性新材料，還有為了更加節(jié)能考慮的輕量化材料，以及日益突出的環(huán)保需求而產(chǎn)生的環(huán)保材料，還有部分為了改善功能的新型材料。很多材料在航天航空和船舶領(lǐng)域有過(guò)成熟應(yīng) 用，有些是在個(gè)人小產(chǎn)品上面先 行的，還有一些在軍工領(lǐng)域發(fā)揮過(guò)作用。然后再引入進(jìn)汽車領(lǐng)域。

1.有趣的黑科技

1.1 變色材料

為了應(yīng)變客戶越來(lái)越高的色彩需 求，和他們經(jīng)常喜新厭舊的“毛病”，還有想常常換顏色的需求來(lái)彰顯個(gè)性。這個(gè)時(shí)候變色材料應(yīng)允而生。 通常把在外界條件作用下能發(fā)生顏色改變的材料稱為變色材料。 變色材料通常按照所受的刺激方式分為感光變色材料、 溫感變色材料、電致變色材料和溶劑致變色材料4 類。下圖就是一種溫感變色材料。

它可能可以用在座椅，將溫感變色的涂料涂在座椅皮革或者織物上，它可以通過(guò)顏色反應(yīng)出人體的體 溫，也許會(huì)時(shí)時(shí)關(guān)心你的健康也說(shuō)不定。

如果使用在外飾，可以告訴你天氣溫度的變 化，讓汽車成為有生命感的產(chǎn)品。而不僅僅再是原來(lái)冰冷的機(jī)械 產(chǎn)物。

1.2 漸變材料

漸變形式，在目前參數(shù)化設(shè)計(jì)日益流行的 時(shí)候，更會(huì)被廣為應(yīng)用?？梢园l(fā)現(xiàn)自然界幾乎沒(méi) 有明顯和極致界限的事 物，例如葉子枯變的過(guò)程 也會(huì)體現(xiàn)在色彩上，一張葉子上有綠色到黃色漸 變的色彩過(guò)渡，大樹(shù)抽嫩芽也是粗糙到細(xì)膩的紋 理漸變的過(guò)程。這是一種時(shí)間的縱深 感，是一種生命延續(xù)與變化的過(guò)程體 現(xiàn)。因此將這樣的變化 應(yīng)用到色彩設(shè)計(jì)中，會(huì)讓我們的設(shè)計(jì)不這么機(jī)械化。目前有的主要是皮紋的漸 變、色彩的漸變，還有一些裝飾件上面的漸變。

1.3 吸光材料

去年特別流行的黑色顏料，這個(gè)顏色特別有趣，它可以使一切的造型隱形，被譽(yù)為看不見(jiàn)的物體，或者消失的光線。這個(gè)顏料可以吸收 99.9%的光線，使得物體不再具有立體 感。這是目前認(rèn)為的絕對(duì)黑色，像宇宙的黑洞一樣，在很多小產(chǎn)品上已經(jīng)有了應(yīng)用。

（涂上Stuart Semple黑洞級(jí)黑顏料，球狀物變成平面黑斑，小玩偶變成紙片。）

2.安全性新材料

2.1 防碰撞材料

汽車安全一直是各大主機(jī)廠持續(xù)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一，自動(dòng)駕駛技術(shù)目前遲遲不敢應(yīng)用的主要原因就是駕駛安全問(wèn)題，一個(gè)是駕駛?cè)藛T本身的安全，另一個(gè)更重要的是行人安全。一方面大家都在研究從軟件方面去突破這個(gè)行人保護(hù)和安全的問(wèn) 題。例如防碰撞光傳感器，通過(guò)探測(cè)器進(jìn)行感應(yīng)給駕駛員或者行車智能控制器一個(gè)提示或者指 令。另一方面，也有很多吸能材料的出現(xiàn)，試想未來(lái)如果都是新型能源替代傳統(tǒng)油動(dòng)力系統(tǒng)，勢(shì)必發(fā)動(dòng)機(jī)艙的構(gòu)造會(huì)有很大程度的不一樣。這些吸能材料在碰撞瞬間吸掉一部分碰撞的能量，不再像現(xiàn)在這樣的鐵皮去碰撞人，然后行人和車分離之后，它再慢慢釋放出來(lái)能量，變形回到原來(lái)的形狀。這樣的汽車是不是讓你覺(jué)得更Q更可愛(ài)呢？

2.2 抗菌型材料

隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)達(dá)，未來(lái)人類壽命也會(huì)更長(zhǎng)，大家對(duì)健康更為關(guān)注起來(lái)?？咕筒牧弦矐?yīng)運(yùn)而生。這類材料原本在醫(yī)學(xué)器械上面更為應(yīng)用廣泛，它可以起到殺菌抑菌的作用，主要分為有機(jī)的提取材料和無(wú)機(jī)的提取材料。有機(jī)抗菌型材料一般是提取了天然材料或者某些低分子和高分子的材料，而無(wú)極性的抗菌型材料主要是金屬離子。

3.輕量化材料

3.1 納米材料

德國(guó)物理學(xué)家格萊特最早發(fā)現(xiàn)和研發(fā)這個(gè)概念。晶體的晶粒大小對(duì)材料的性能有很大的影響，因此納米材料比普通材料的強(qiáng)度要高很多。除此以外，在很多產(chǎn)品中加入納米材料，可以大幅提高相應(yīng)材料的某些性能，例如，可以改善橡膠產(chǎn)品的耐磨性和使用壽 命，可以使汽油最大程度充分燃燒，可以使內(nèi)飾塑料材料耐光照更不易老化。

（挪威國(guó)有電力公司，已實(shí)驗(yàn)采用納米管來(lái)增加電力產(chǎn)出）

3.2 碳纖維材料

碳纖維材料原先在賽車上應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗慕Y(jié)實(shí)程度和輕量化慢慢應(yīng)用到普通家用車上，并且已經(jīng)被應(yīng)用到外飾和內(nèi)飾座椅骨架 上。寶馬與相關(guān)企業(yè)成立合資 企業(yè)，用以生產(chǎn)輕量電車和混合動(dòng)力車用的碳纖維復(fù)合 材料。奧迪、德戴姆勒、通用等也早就開(kāi)始生產(chǎn)碳纖維強(qiáng)化塑料，開(kāi)發(fā)的這種材料比常規(guī)優(yōu)質(zhì)鋼要結(jié)實(shí)10倍，但是重量?jī)H僅是其1/4。

3.3 輕型合金

前幾年，作為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，關(guān)鍵新合金品種開(kāi)發(fā)取得重大突破，高端鋁合金鈦合金材高強(qiáng)鎂合金達(dá)到很高的生產(chǎn)能力。軍用飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)使用合金比例高達(dá)66%。鈦金屬由于具有高強(qiáng)度、延展性好、耐腐蝕、無(wú)磁性等優(yōu)越性能，被廣泛用于航空航天、化工、石油、電力等領(lǐng)域。

除鈦合金之外，輕型合金還主要包括鋁合金和鎂合金。鋁合金使用較早，如今普及程度也較高，在汽車、輪船等領(lǐng)域經(jīng)常出現(xiàn)。而鎂合金是實(shí)用金屬當(dāng)中質(zhì)量最 輕的，是汽車實(shí)現(xiàn)輕量化最重要的新材料之一。

4.環(huán)保材料

（澳大利亞 Brodie Neill 利用海灘上打撈上來(lái)的塑料袋設(shè)計(jì)并制作的桌子。）

4.1 再生材料

Nike研發(fā)了很多新型再生皮革材料，不僅和傳統(tǒng)皮革質(zhì)感非常類似，而且在重量方面也做得更優(yōu)于傳統(tǒng)材 料，而且耐磨等性能也更好。有用大葉海藻做的椅子，廢棄紙板做的桌 子，塑料再生的桌子，不僅環(huán)保，而且都很美。

汽車?yán)鐚汃R的 i3，其門板是使用椰子殼的材料再生使 用的。還有用大米研制開(kāi)發(fā) 的alcantara等等。

5.功能性材料

5.1 導(dǎo)電材料

1970年的一天，日本筑波大學(xué)的白川英樹(shù)教授讓他的一位朝鮮籍研究生用乙炔制取聚乙炔。由于這位學(xué)生日語(yǔ)不太好，聽(tīng)錯(cuò)了導(dǎo)師對(duì)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)加催化劑量的要求，結(jié)果加入了應(yīng)使用催化劑用量的近1OO倍，然而這一錯(cuò)誤竟帶來(lái)了奇跡，得到了一種銀光閃閃的薄膜，有一點(diǎn)導(dǎo)電性，很像金屬。實(shí)際上聚乙炔應(yīng)該是一種黑色的粉末。由于白川英樹(shù)教授深知個(gè)人的力量不足以解決許多邊緣問(wèn)題，公開(kāi)聲明愿與各行各業(yè)的科學(xué)家合作。1977年白川英樹(shù)在與美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的物理教授麥克第阿密特研究這種塑料薄膜時(shí)又發(fā) 現(xiàn)，若在乙炔的聚合過(guò)程中摻入碘，所得的聚乙炔呈金黃色，導(dǎo)電能力提高了3千萬(wàn)倍。

研究進(jìn)展：前聯(lián)邦德國(guó)的納爾曼教授用白川英樹(shù)催化劑體系獲得聚乙炔后，立即進(jìn)行特殊的熟化和拉伸取向處理，再給聚乙炔薄膜摻雜，結(jié)果得到的材料比摻碘的電導(dǎo)率又提高了3 個(gè)數(shù)量級(jí)。納爾曼的聚乙炔導(dǎo)電能力與銅相近了?，F(xiàn)已用導(dǎo)電聚合物制成發(fā)光二級(jí)管，還在傳感器、電磁屏蔽、催化等方面大顯身手。

應(yīng)用領(lǐng)域：抗靜電添加劑、計(jì)算機(jī)抗電磁屏幕、智能窗、發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、移動(dòng)電話、微型電視屏幕乃至生命科學(xué)研究等領(lǐng)域。

5.2 功能薄膜

（交互式的智能鞋面，智能設(shè)備和感應(yīng)式材料的加入不僅讓鞋面設(shè)計(jì)更加個(gè)性化。）

由于目前人類社會(huì)從工業(yè)社會(huì)進(jìn)入信息社會(huì)的進(jìn)程越來(lái)越快，大家對(duì)電子超控的需求以及互聯(lián)網(wǎng)的依賴日益突出。 同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類對(duì)于美及裝飾性的需求。智能表面應(yīng)運(yùn)而生，它正是操控功能、簡(jiǎn)單的顯示功能及裝飾功能的有效完美結(jié)合。

功能薄膜屬于智能表面的一種，其種類較多在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中扮演重要角色。目前，被看好的功能薄膜主要有光學(xué)薄膜、光伏薄膜、鋰電池隔膜、水處理滲透膜、高阻隔包裝膜等。