從汽車環保和輕量化展望復合材料發展趨勢

    1．汽車工業的研究方向
    汽車產業在各地蓬勃發展的同時，也帶來環境污染和能源短缺兩大嚴重的負面影響。據調查，石油消費品中，其中35%是作為汽車的燃料被使用，可見汽車燃料消耗占有很大比重。這種狀況必將導致汽車行業的研究方向進行相應調整―輕量、節能和環保成為國際汽車工業研究的主題。

    輕量和節能―為減輕汽車產品自重，節省材料，降低汽車燃油消耗和低排量，降低生產和使用，成本，輕量、節能一直是國際汽車工業研究的主題。與20年前相比，國外轎車自重減少了20%-26％，每輛轎車所用鋼、鑄鐵、銅、玻璃的數量將分別下降15%、29%、13%和13％；鋁、鎂、粉末冶金、塑料的用量將分別增加31％、100%、20%和29%。
    環保―為保護環境，國際汽車工業對汽車產品使用環保型材料給予了高度重視，汽車廢舊材料回收、再生與利用技術已成為熱點，并開始形成一種新興的產業。
    汽車輕量、節能和環保既是國際汽車的發展方向，也是我國產業政策的要求，近期發改委、科技部和環保局聯合制定了《汽車產品回收利用技術政策》，要求2010年車輛可回收利用率達80% -85%，材料的再利用率不低于75%-80%。在這方面，汽車材料的革命和發展將起著主要的和推動的作用。而塑料與汽車輕量化、節能和環保有著密不可分的關系。
    2．汽車輕量化的途徑
    汽車材料是影響汽車重量的重要因素，對節省能源及改善污染議題都有相當程度的影響，汽車減重是節省能源及降低污染的佳途徑。而“輕量化結構”則提供汽車減重的方法，除了“多功能系統整合”、“生產技術”外，“新材料的應用”也占有舉足輕重的地位。
    目前國外實現汽車輕量化的方法主要有兩種：
    1)改進汽車結構，使部件薄壁化、中空化、小型化和復合化，對內飾、發動機和底盤等所有汽車零部件進行結構和工藝改進等；
    2)采用輕量化的金屬和非金屬材料，主要是指鋁合金、鎂合金、高強度鋼材、工程塑料及纖維增強復合材料等。
    目前主要汽車用塑料件的內飾化已基本完成。玻璃纖維增強塑料(FRP)等新品種已隨著技術的成熟而正在擴大應用，主要用于車身的外裝件和功能件?？捎糜谲囬T、發動機罩、前格柵、翼子板、保險杠骨架、門柱護板、通風百葉窗、導流罩等近20種車身板件。
    復合材料性能適合車身輕量化、降低油耗的要求。傳統的汽車車身材料處于以薄鋼板為主的單一  狀態，不能適應人們追求高速與輕量化的要求，為減輕其質量，改善風阻系數和降低油耗，許多汽車廠家都積極研究和利用新材料以達到上述要求。許多種類型的復合材料都在車身輕量化過程中得到了施展才能的舞臺，并在汽車的輕量化進程中大顯身手。隨著新型材料研究工作的不斷深入，以及復合材料制備技術的不斷突破，復合材料在車身輕量化進程中的作用必將更加突出。
    目前我司采用復合材料制作的汽車零件有頂蓋、前保險杠面罩、前圍外板、左右側導流罩、中部導流板裝飾罩、頂蓋帶天窗總成、牌照板、左右前側外板、翼子板、腳踏板裝飾罩、大燈裝飾罩等。
    我公司載重汽車的復合材料使用已經十分廣泛，而在轎車上的使用還需進行進一步的開發研究，因此，未來復合材料的發展目標應是開發轎車等領域用高分子聚合物基復合材料大型構件并實現產業化。
    3.輕量化對材料的需求
    用更輕、更耐用、對環境污染更小并可回收的材料是汽車選材的方向。這涉及到材料的選擇、組成、加工過程。新型材料需要新型制造技術，制造技術是決定材料實用化的關鍵，因此這些技術往往是各國汽車業的尖端技術。
    復合材料在汽車工業中應用的主要驅動力之一是輕量化。然而，不同種類的汽車輕量化的目標有所不同：
    l)卡車輕量化允許有效載荷增加而總重不變。
    2)運動車，重量減少轉變成性能(加速度和高速度)的提高。
    3)與輕量化設計相對應的必須處理好的一些關鍵需要考慮的是：
    4)減重和成本增加之間的佳結合點；
    5)節能與環保；
    6)乘員的舒適性；
    7)高被動安全標準；
    8)A級表面質量。
    但仍然有許多技術問題需要解決：
    1)適應高產量生產的復合材料制造工藝，縮短目前合成材料生產制造工藝節拍；
    2)復合材料工藝自動化，特別是增強材料的鋪放，對降低制造成本、縮短生產周期及質量控制自動化的工藝是必要的；
    3)適應高產量生產的復合材料(例如快速固化的熱固性樹脂)；
    4)用于快生產節拍的具有高壓性能的復合材料；
    5)降低碳纖維價格；
    6)適合新的報廢汽車法規的復合材料／工藝；
    7)汽車用復合材料檢測方法；
    8)汽車合成材料特殊的設計程序。所有汽車制造廠都已經開發了金屬零件的設計程序，但一般不能為復合材料所用；
    9)新的復合材料數字模擬。這些模擬需要在以下三個方面有判定能力：(i)典型材料性能的可用性，(ii)材料模擬的精確性，和(iii)要求的計算結果；
    10)綜合的生產／工藝分析手段的進一步開發，以減少在合成材料零件開發過程中要求的實驗檢測次數。
    4．汽車材料發展趨勢
    未來的汽車是屬于適應環境保護的綠色汽車，因而在此不可避免的要提到復合材料的環境意識。復合材料能提高材料性能，延長使用期，加強功能性，這些都是對環境有利的特性。但應認真對待并努力克服復合材料的再生問題，使復合材料朝著延長使用期以及可再生環境協調化的方向發展。
    為保護環境，國際汽車工業對汽車產品輕量化，同時對使用環保材料予以高度重視，汽車廢舊材料回收、再生與利用技術已成為一種新興產業。
歐洲各國要求，到2015年汽車廢舊材料利用率將達到95%。作為汽車輕量化中采用的纖維復合材料也就必須符合節能和環保的要求。那么作為復合材料行業如何應對？
    5. 現存的問題
    作為汽車行業的材料工程師，面對目前眾多的復合材料在材料的如何選用上有一些困惑，不像對傳統的聚丙烯、ABS合金、聚酰胺等材料在選用上比較得心應手，總結起來還是由于這些新的復合材料的性能不是很明朗，比如上面提到的三種復合材料，它們可以制作同一種零部件，但各自在材料性能方面的優勢、對結構的要求、成本(包括材料、工藝及設備成本)等方面的比較方案有所欠缺，所以在對新材料的選用上信心不足，這也是新材料不能及時得到應用的一方面原因。
    汽車制造成本和耐用程度與汽車材料密切相關，現代汽車的技術進步，很大程度就是材料技術的進步。因此塑料行業應在材料的機械性能、工藝性、品種和制造成本上進行挖潛和革新，提高材料的技術含量，以適應現代汽車發展要求。