汽車用紡織品：安全、環保與功能性并舉

專題策劃：本刊編輯部

支持專家：張大省李嘉祿

執行：趙永霞

我國汽車工業的高速發展為汽車用紡織品提供了巨大的發展空間，同時也帶來了新的要求和挑戰。本專題從汽車用紡織纖維材料入手，以安全、環保與功能性為主題，探討了當前國內外在這一領域的發展現狀與趨勢，并對國內汽車用紡織品行業現存的一些熱點問題進行了分析。

The booming of automotive industry in China brings about an opportunity for textile industry, as well as new requirements and challenges. This feature took safety, environmental protection and functionality as themes, discussed status-quo and developing trend of auto textile industry from the angle of fiber materials, and furthermore, analyzed some hot issues of this industry.

引言：汽車工業的發展為紡織行業帶來機遇

顯而易見的巨大市場

我國的汽車工業正處于高速發展階段，增速之快為世界汽車工業發展過程之罕見。據統計，2008年我國汽車的產銷量分別為 934.51 萬輛和 938.05 萬輛，同比增長 5.21% 和 6.70%；而2009年1 — 3月，我國汽車的產銷量則分別達 256.76 萬輛和 267.88 萬輛，同比增長 1.91% 和 3.88%，3月份更是創造了產銷均超百萬輛的月度記錄。隨著國民收入的增加、人民生活水平的提高和汽車消費觀念的轉變，我國的汽車（主要是乘用車）消費結構已逐漸步入私人需求為主的時代。

汽車工業是纖維材料具有巨大潛力的一個市場，據統計，如今汽車中應用紡織材料的零部件已超過 80 種，每輛轎車大約需要 20 m3的紡織材料（折合成重量大概為 15 ～ 20 kg）。由于對舒適度和安全性要求的不斷提高，預計2010 — 2020年每輛車使用的紡織品將由 20 kg增加到 35 kg。

紡織品不僅為汽車座椅提供了優美的外觀、柔軟舒適的手感，在功能性方面也有改進。汽車地毯和紡織材料的頂棚不僅為車內提供了舒適性和裝飾性，在減噪和減震方面也起著重要的作用；紡織品在輪胎中的應用為汽車提供了良好的道路適應性和輪胎耐用性；紡織增強紗是高壓管和高壓帶的基材；非織造布廣泛應用于空氣和油的過濾、機罩襯以及生產加工中的輔料；纖維復合材料可用于替代較重的金屬材料，從而減輕汽車的總重，藉此提高燃油效率、減少對環境的污染；而安全氣囊、安全帶以及相應的安全裝置則有助于道路交通安全和拯救生命。除了汽車主體之外，還有大量的紡織材料被應用于汽車上，如縫紉線、加固裝置、繩索、窗戶的密封填塞織物以及電池中的電池隔膜等。

作為最典型的零部件產品，汽車內飾材料已屬于市場化比較完全、發展比較成熟的產品。隨著汽車進入家庭，原本被看作簡單工業品的汽車內飾材料已成為與人們生活息息相關的日用消費品。而內飾紡織材料包括聲、熱絕緣材料，結構件以及裝飾件等。

環保與安全的挑戰

對于汽車工業來說，環保是最重要的挑戰之一。汽車燃料正在加劇大氣污染和全球變暖。人們正試圖使汽車變得更輕，從而降低燃料的耗用量。而在汽車報廢以后，其中的非金屬部件的處理也是一個大問題。目前，一些材料的回收正在進行中，如用聚酯非織造布（座椅套也是聚酯）代替聚氨酯泡沫類的組件。通常，解決環境問題需要增加成本，這就需要政府立法或者環境保護組織的運動等來促使其完成。在未來的一段時間內，環保問題和成本控制仍然是影響汽車工業發展和研究的兩個主要因素，而安全則是另一個極重要的方面。與環保一樣，安全裝置，如安全帶和安全氣囊也會增加汽車的生產成本，而它的廣泛應用也需要政府的干預，這將使安全氣囊及相關裝置有可能成為現階段產業用紡織品的最大增長領域。

2000年，歐盟發布了報廢汽車回收指令（ELV指令，即End-of-life Vehicle Directive），將報廢車輛的回收利用納入法制化管理體系。指令規定，汽車制造廠商在歐盟國家上市新車時必須出具證明，證明其投入市場的新款汽車的材料回收率至少占重量的 85%，可利用率至少為 95%，才能獲得市場準入許可證；從 2015年起，每輛報廢汽車的再利用率要達到其自身重量的 95% 以上。從2007年1月1日起，歐盟各國開始全面執行該指令。有數據表明，德國汽車的回收率已接近 100%，大部分歐盟國家報廢汽車的再利用率也已達到 95%。

有專家認為，與歐盟的汽車回收法規相比，我國的相關政策標準要落后 4 ～ 5 年，設定重金屬禁用的豁免權條款過于簡單，汽車生產制定操作標準較難。對于此類標準，一是政府有關部門要加強監管；二是加強宣傳，提高公眾的環保和安全意識。

專家論道

主講人：張大省

北京服裝學院教授，享受國務院特殊津貼專家，擔任國家自然科學基金、國家863項目、國家科技進步獎等多個基金項目的評審專家，長期從事聚酯類成纖高聚物合成改性以及利用復合或共混紡絲法制造超細纖維和多種功能性纖維的技術及理論研究。

汽車用纖維材料的發展及趨勢

汽車產量飛快增長，車用紡織面料的用量也在不斷地增長，紡織材料的品種也在發生著變化。最初，使用的紡織材料以天然纖維為主，此后發展為錦綸，現在是滌綸占據了主導地位。今后，車用紡織面料將朝著“感性”、“舒適”及“環保”的方向發展。

按照纖維材料在車內的形狀劃分，薄型纖維材料占絕大部分，如車門的內飾材料是由滌綸長絲或短纖維構成的機織布或針織布；車頂天花板內飾材料是滌綸非織造布或針織布；車內地毯和后備箱的襯里通常使用錦綸、滌綸或丙綸的長絲機織物或短纖維針刺非織造布；座椅外包裝一般是真皮或是滌綸、錦綸基材的合成革；安全帶由高強滌綸或錦綸織造；安全氣囊則是高強錦綸制成的，一旦出現緊急情況時會立即膨脹，保護乘坐者的安全。

方向盤及檔把扳手的包覆材料通常是錦綸或滌綸基材的合成革，高級轎車的儀表盤面板裝飾多用真皮革；座椅外套、后備箱內襯、開關式天窗等多使用PVC革或PU合成革，其增強材料通常可使用粘膠纖維或滌綸的機織布、針織布或非織造布，要求強度高，但是斷裂伸長不可過大；此外，還有很多地方需要使用塊狀纖維作為隔熱或隔音的填充物。歐洲生產的一些高級轎車的座椅內還使用了再生毛氈或棕櫚墊類纖維集合體生態材料作為填充物，這些材料具有良好的減震及對空氣和水分的過濾功能。

汽車中還大量地使用了“木”纖維，木材密度小，將其粉碎成顆粒狀與粘合劑混合后壓制成型材，可用于車門的內填充和后備箱的底部隔熱、隔音。

還有一些纖維是用作樹脂的增強材料的，它們被用于內部功能性部件。如輪胎內的簾子布是用于增強橡膠的，其所用材料包括錦綸、滌綸、粘膠纖維或玻璃纖維等；而汽車發動機室內的許多管材類也是用滌綸作為增強材料的。

作為汽車內飾用纖維，最重要的要求就是安全性與耐久性（耐熱性、耐光性、耐磨性等），其次是應具備各種功能（包括抗靜電性、防水 – 疏水 – 透濕性、抗菌性等），為乘用者提供一個快樂、健康、舒適的空間環境。

1確保安全用纖維材料

開車是為代步方便，因此首先要保證行車安全。1980年全世界有近 8 億輛各種汽車，每年發生交通事故 600 萬件，致 120 萬人喪生，據WHO預測，2020年將會上升至 230 萬人。為了盡可能地減少傷亡，車載安全裝置越發重要。

1.1安全帶

安全帶分為前排用和后排用，要求各有不同（表 1），大體分為低伸長率（5% ～ 6%）和高伸長率（13% ～ 14%）兩類，每條安全帶的長度約為 2.6 ～ 3.6 m。

低伸長型安全帶的形變小，具有很強的束縛能力，此類安全帶適用于前排就座的駕駛員和副駕駛員用；而坐在后排的人員遇到突發情況時，希望有一個緩沖過程，可以采用高伸長型安全帶，用以適度地吸收能量。

安全帶應具備下述功能：（1）斷裂強力 25 ～ 35 kN；（2）耐日光性，要求用碳弧燈照射 100 h后，強度保持率大于 60%；（3）耐磨性，能承受使用六角棒摩擦 2 500 次；（4）有較好的摩擦、日曬和汗漬牢度；（5）耐水、耐熱及耐寒性好；（6）難燃性，燃燒速度小于 100 mm/min；（7）橫向的剛性，不能卷成繩狀；（8）安全帶的插口部位要求圓滑，具有柔軟感。

1.2安全氣囊

安全氣囊分為駕駛員用、副駕駛員用、側面用和膝蓋用等多種，被安放在不同的位置。氣囊應當具有下述性能要求：（1）優良的耐沖擊強度；（2）在通常環境下的物理機械性能和耐折皺性能等的穩定性；（3）對高溫環境的耐久性；（4）輕量、質薄、柔軟；（5）摩擦阻力小，對小折皺的良好抗形變能力。

氣囊系統中所使用的纖維材料占氣囊總量的 1/2 以上。目前，氣囊使用的材料主要是用超強力錦綸66制成的平紋布，在其表面涂敷橡膠類制成基布，或是采用未涂敷橡膠類材料的高密織物作為基布。這些基布因各種氣囊的功能與性能不同而略有差異，也因各廠家產品概念的不同而被使用于不同場合。

自有氣囊以來，一直使用錦綸66，但是纖維的粗細種類在不斷更新中，最早的規格是 970 dtex的纖維，伴隨著氣囊的小型化、輕量化和高性能化，現在開發使用了更細的 700、470、350 及 230 dtex的纖維。

用于氣囊的錦綸66應當具有相應的性能要求：（1）平衡和優良的強度等物理機械性能；（2）優良的柔曲性能；（3）對熱、寒冷及濕熱等一般環境的優良耐久性；（4）市場可接受的合理價格；（5）高熔融熱；（6）密度小，質輕。

2輪胎用纖維

輪胎的功能在于負重、制動與驅動、緩和沖擊及保持操作的穩定性。輪胎的結構、材料和制造方法等都隨著汽車工業的進步及特性要求的變化而進化。輪胎由輪胎簾子布與橡膠構成，輪胎簾子布是輪胎的骨架，對橡膠起增強作用。

通常，對輪胎簾子線的要求包括強度、剛性（模量）、與橡膠的粘合性、耐疲勞性、尺寸穩定性及耐熱性等。依據輪胎種類的不同以及使用部位及性能要求，輪胎簾子線的材料有滌綸、錦綸、粘膠纖維、芳綸等有機纖維，也可使用鋼絲、玻璃纖維等無機材料。

（1）滌綸簾子線。滌綸是繼粘膠纖維和錦綸之后出現的輪胎簾子線纖維，主要用于小轎車，其用途和特性還遠未被充分發揮。滌綸的模量比錦綸高，尺寸穩定性好，并能改善錦綸簾子線輪胎的“平點”效應，同時還具有價廉的優勢，具有很大的發展前途。

近年爭相開發的高模 – 低縮（HMLS）型滌綸，比常規滌綸的熱收縮率降低了 50%，模量提高了 25%，其發展目標是比粘膠纖維具有更低的熱收縮率和更高的強度（8 cN/dtex以上），不足是與橡膠的粘合性不良，這也正是需要研究的工作。

（2）錦綸簾子線。錦綸的耐疲勞性好、與橡膠粘合性好、斷裂強度和斷裂伸長率均高，主要用于斜交胎、緩沖層和大型輪胎，其發展方向是高強化。

20世紀60年代，錦綸的強度只有 7.9 cN/dtex，70年代為 8.4 cN/dtex，80年代可達 9.3 cN/dtex，目前據稱已經生產出了強度達 11.5 cN/dtex的超高強錦綸。錦綸類簾子線又有PA6和PA66之分，二者的強、伸度差異不大，PA6的熱收縮率略大。飛機和大型載重汽車要求輪胎的耐熱性和耐疲勞性高，因此多用PA66簾子線。由于斜交胎逐漸向子午胎轉變，適用于斜交胎的錦綸簾子線用量已開始下降。

（3）粘膠纖維簾子線。在20世紀60年代，粘膠纖維的使用量很大，至今仍有超高性能粘膠絲（UHP）用于小轎車、飛機、摩托車等的輪胎簾子線。

歐洲的一些制造商至今仍然愿意使用粘膠纖維簾子線，因為它比滌綸簾子線輪胎的操作穩定性好，乘坐更舒適，這主要是由于粘膠纖維在常溫下具有高彈性，其模量對溫度的依賴性較小，又因其強度較低，纖維使用量大，反而提高了剪切剛性，因此具有高模低縮的性能以及與橡膠的良好粘合性。

輪胎通常要在 140 ～ 180 ℃進行硫化處理后從模型中取出，此時由于會發生熱收縮，錦綸和滌綸簾子線的輪胎需要再次沖壓并在該狀態下冷卻，而粘膠纖維熱收縮率極低，無需這一過程。伸縮加工過程越少，輪胎的圓周均一性越好。

（4）芳綸簾子線（芳綸1414）。芳綸1414具有非常高的強度和模量，適用于高級轎車子午胎的帶層材料和高性能摩托車的輪胎簾子線材料，也有使用芳綸/錦綸混用的輪胎簾子線，可降低成本。

（5）其他簾子線纖維還包括聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）纖維、聚醚酮（POK）纖維等，它們具有高強、高模等性能，是未來的發展方向。

3非織造布纖維材料

非織造布材料加工簡單、使用方便，質輕（孔洞率可達 90%）、價廉，正在成為汽車內裝飾材料的主流。且纖維材料的大比表面積和遮蔽性使其可廣泛應用于車內外過濾材料，還可在天花板、地板、緩沖消音裝置、后備箱等處作為隔音、隔熱填充材料使用。

非織造布材料應具備舒適性、安全性和環境友好性的特征，在選擇材料與加工時一定要防止可揮發性有機化合物和其他污染物的產生，而使用熱粘合纖維要比使用粘合劑更能保證其環保性。從節能減排角度考慮，將非織造布用作隔音和隔熱具有很好的發展前景。

用于非織造布的聚合物材料可以是難燃型的PET、PP，也可用PBT、PPS等，還可以將纖維材料進行復合化；為了減輕車重，還可考慮使用超細纖維材料，用于超輕量吸音和隔熱材料。

4環保是發展方向

環保已經成為世界性的大課題，汽車用纖維材料也應朝著這一方向發展。纖維制品的回收再利用技術正越來越受到重視，此外還應考慮使用天然材料。環境友好性同時還包括降低汽車的二氧化碳排放量和節約汽油，以及為保證纖維材料的阻燃性而配合使用的阻燃劑的環保 性等。

在汽車用紡織品中，由于車內環境較小的固有特性，因此較多地使用了合成纖維原料。而天然纖維的優良性能是合成纖維無可比擬的，因此天然纖維在汽車用紡織品中的應用也一直受到關注。

洋麻纖維（又稱槿麻）在1999年就已經被應用于汽車。將經過解纖后的槿麻韌皮纖維與丙綸共混后鋪成層狀物，經熱軋使丙綸融相互間發生粘合，從而與槿麻纖維構成保溫、隔音又質輕的復合材料作為汽車門的填充材料。

除槿麻外，還有很多天然纖維可以應用于汽車工業，如沃爾沃公司將具有生物降解功能的亞麻織物用于生產行李箱底板，不僅易于降解，而且具有很好的降噪功能。

專家論道

主講人：李嘉祿

教授，現任天津工業大學復合材料研究所所長，中國產業用紡織品行業協會高級顧問，長期從事先進的三維紡織技術和三維紡織復合材料，特別是三維異型整體編織技術和復合材料的科研、教學和應用開發工作。

復合材料在汽車上應用的優勢及主要類型

汽車為適應現代社會的需要，正朝著輕量化、安全、節能、高速、低公害和長壽方向發展。汽車輕量化的目的就是節能和減少排放污染。同時環境保護已成為可持續發展戰略必不可少的條件，而復合材料正朝著延長使用期以及可再生的方向發展，這正順應了汽車的發展趨勢。復合材料是應現代科學技術發展而涌現出的具有強大生命力的材料，它具有剛性大、強度高、重量輕等特點，可根據使用條件進行設計與制造，以滿足各種特殊用途，從而極大地提高工程結構的性能。

自從1953年世界上第一部使用復合材料制造的汽車部件誕生以來，復合材料已經成為汽車工業的一支生力軍。傳統的手糊成型工藝只適于小批量生產，無法滿足汽車工業不斷發展的需要。從20世紀70年代開始，由于SMC（片狀模塑）材料的成功開發和機械化模壓技術等的應用，復合材料在汽車應用上的年增長率達 25%；到20世紀90年代初，隨著環保和輕量化、節能等呼聲越來越高，以GMT（玻璃纖維氈增強熱塑性塑料）、LFT（長纖維增強熱塑性塑料）為代表的熱塑性復合材料得到了迅猛發展，主要用于汽車結構部件的制造，年增長速度達 10% ～ 15%。作為新型材料的復合材料開始逐步替代汽車零部件中的金屬產品和其它傳統材料，取得了更加經濟和安全的效果。

美國是當今世界上第一大復合材料生產國與消耗國，他們在汽車上大量采用復合材料，在汽車輕量化方面取得了顯著效果。據估算，目前美國汽車用復合材料的年消耗量超過 70 萬t。復合材料在汽車上的應用幾乎涵蓋了美國本土的所有汽車制造廠家，如通用汽車公司、福特汽車公司、戴姆勒?克萊斯勒公司以及Mack、Aero – star等重型車廠；在歐洲，復合材料已在梅賽德斯 – 奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、蓮花、曼恩等生產商的各種車型中大量應用；而在我國，雖然目前復合材料的年產量在2007年已達 160 萬t，但汽車工業的用量不足 10 萬t，所占比例較小，創新發展能力不夠。

1復合材料在汽車上應用的優勢

1.1減輕整車重量

復合材料密度較小，如樹脂基復合材料的密度一般不超過 2 g/cm3，而鋼的密度將近 8 g/cm3。汽車重量減輕，提高了燃油經濟性，從而帶來更小的功率需求、驅動引擎和懸掛裝置，進而減少沖擊危險。統計結果表明，汽車重量每減輕 100 kg，意味著行駛時能節省燃油 0.7 L/110 km。除了對汽車的各種零部件結構進行優化設計和改進外，采用高性能輕質材料也是實現汽車輕量化的一條重要途徑。據估計，碳纖維復合材料的應用可使汽車車身、底盤的重量減輕 40% ～ 60%，相當于鋼結構重量的 1/3 ～ 1/6。英國材料系統實驗室曾對碳纖維復合材料的減重效果進行研究，結果表明，碳纖維增強聚合物材料的車身僅重 172 kg，而鋼制車身重量則為 368 kg。

1.2可設計性強

復合材料增強用的纖維是柔軟的，樹脂是可以流動的。這表示，在制造過程中，它們可以在形成所需形狀后再復合固化，制成最終制件。對于曲面形狀的汽車構件，當用具有一定厚度的鋼板沖壓成型時，其曲面的形狀往往受到限制，而使用復合材料時，比較易于制成各種形狀的曲面，從而達到空氣動力學設計和美觀方面的要求。同時，復合材料的可設計性非常強，根據產品結構和受力情況，通過調整纖維的取向、織物的組織結構、排列的方式等，就可制成滿足不同要求的制品。

1.3縮短開發周期

復合材料制品往往是材料制造與產品成型同時完成。通過合理的模具設計，可將不同厚度的零件、凸起部、筋、棱等全部一體成型，而用金屬板則比較困難，且生產效率低，難以保證制件的精度。例如日產“布爾巴特”汽車前端板，用鋼板制造時需 20 多個零件組成，而用復合材料用 7 個零件就能夠實現。據報道，當產量為 2 萬件/a時，采用金屬材料的投產準備期為 15 個月，而復合材料僅為 6 個月。福特公司的研究報告稱，復合材料可將零部件減為原來的 80%，而加工費用比鋼材降低 60%，粘結費用則比焊接減少 25% ～ 40%，且樹脂基復合材料結構件具有極好的韌性和抗沖撞性能，還能通過設計實現一些特殊的性能要求。

1.4耐沖擊性強

以聚合物為基體的纖維復合材料由于本身特有的結構，振動衰減系數大，因此在受沖擊時能夠吸收大量的沖擊能，有利于提高人身安全。

1.5耐腐蝕性和耐化學藥品性好

汽車上的許多部件都要承受機油、剎車油、汽油、汽車傳動液等化學品的腐蝕，以及高溫、嚴寒、鹽霧等惡劣環境，傳統的金屬材料難以保證不同使用環境下性能的一致性和壽命，但復合材料制品不存在生銹和被腐蝕問題。

1.6投資小，更新快

隨著新材料、新技術不斷進入汽車行業，汽車的更新速度越來越快。傳統的金屬材料加工困難，巨大的模具、工裝投資已難以適應更新換代的需要。而復合材料加工周期短，模具工裝的變動較容易，因而投資較小，這正好適應了現代社會對汽車多樣化、更新快的需要。

2復合材料在汽車上的主要應用部位

20世紀80年代后期，復合材料車身外覆蓋件得到了大量的應用和推廣，如發動機罩、翼子板、車門、車頂板、導流罩、車廂后擋板等，甚至出現了全復合材料的卡車駕駛室和轎車車身。在歐美，車輛中復合材料的用量約占本國復合材料總產量的 33% 左右，并呈增長態勢。

采用復合材料制造的汽車零部件種類繁多，總結起來，主要包括以下幾類：

（1）結構件：前端支架、保險杠與座椅骨架、地板等；

（2）車身及車身部件：車身殼體、硬殼車頂、車門、散熱氣護柵板、前端板、阻流板、行李艙蓋板、遮陽罩、翼子板、發動機罩、大燈反光鏡；

（3）發動機蓋下部件：如空調器外殼、導風罩、進氣管蓋、風扇導片圈、加熱器蓋板、水箱部件、制動系統部件及電瓶托架、發動機隔音板等；

（4）車內裝飾部件：門內飾板、車門把手、儀表盤、轉向桿部件、鏡子邊框、座椅等；

（5）其他：泵蓋等電氣部件及齒輪隔音板等驅動系統零件、鎖體防護罩、保險楔塊、嵌裝螺母、油門踏板、換檔上下護架 – 防護罩和開啟手柄等。

3在汽車上應用的復合材料類型

作為汽車用復合材料，常用的增強纖維有：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、晶須、石棉纖維、金屬纖維、芳綸、高密度聚乙烯纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維、聚酰亞胺纖維等；天然纖維包括棉纖維，劍麻、洋麻、大麻、亞麻、黃麻等麻纖維及椰殼纖維等。

常用的熱固性樹脂基體包括：環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等；常用的熱塑性樹脂基體包括：聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮等。

此外，陶瓷基復合材料、金屬基復合材料、碳基復合材料等也已應用到汽車中。

3.1樹脂基復合材料

樹脂基復合材料已廣泛應用于汽車工業，例如美國汽車的后橋葉片彈簧，只用一片玻璃纖維環氧復合材料就可代替 10 片彈簧鋼制成的板簧，重量減輕了 80%。

3.1.1熱固性樹脂基復合材料

熱固性樹脂基復合材料是汽車常用的復合材料。SMC、團狀模塑料（DMC）、散狀模塑料（BMC）是 3 種重要的熱固性樹脂基復合材料，它們經常被用作模壓復合材料制品的半成品。與鋼制汽車零件相比，SMC生產周期短，便于汽車改型，投資效益好；重量較輕，節約燃油；設計自由；制件的整體性好，零件的數量少；耐用性和隔熱性好。但SMC不可回收，易污染環境，雖然性價比較高，但一次性投資往往高于對應的鋼制件。為了充分發揮復合材料的減重特性，目前已將碳纖維引入SMC 組分中以取代玻璃纖維。DSM公司已研制出了碳纖維片狀模塑料（CSMC），并已將其中幾種應用于汽車的亞結構部件中。該材料制成的汽車部件有較好的性能，彎曲模量 ≥ 30 GPa，彎曲強度 ≥ 400 MPa，且重量可降到原來的 65%，可達到減重的目的，節省了能耗。

3.1.2熱塑性樹脂基復合材料

熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年代發展起來的，由于可以回收利用，因此在復合材料總量中的比例呈逐年增長趨勢。產品有管件（彎頭、三通、法蘭）、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、管道、座椅支架、汽車踏板、座椅、通風和供暖系統、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。汽車中常用的熱塑性復合材料主要包括以下幾種。

GMT是目前國際上應用極為活躍的復合材料，它是以熱塑性樹脂為基體，以短切玻璃纖維或連續的玻璃纖維氈為增強骨架的一種新型的節能、輕質復合材料，一般可生產出片材半成品，然后直接加工成所需形狀的產品。

LFT已成為熱塑性塑料市場增長最快的品種之一。由于其制件內存在相互纏結的纖維骨架結構，因此具有較好的抗沖擊性和剛性，現已成為國外熱塑性復合材料的開發熱點，主要用來制造受力較強的部件。Frost & Sallivan公司最近發表的一份題為“熱塑性復合材料中的技術創新”的市場調研報告指出，LFT在汽車上的應用占全世界LFT需求量的 95% 以上。到2010年，隨著復合材料用量的增加以及鋼用量的減少，中型車的平均重量將有望從 1 400 kg 降至 1 150 kg。LFT新的應用領域包括車身下部外板、前端組件和連門面板等。

同時，在汽車材料中還有用短切纖維與連續纖維相混雜的LFT。在實際應用中，要根據物體的實際受力狀況及工藝來選擇長纖維與短纖維的比例，以滿足實際需要。這種組合既保持了連續纖維LFT較高的物理性能，又兼容了短纖維的各向同性，大大提高了LFT作為結構材料的實用性，特別適于制造汽車的保險杠、加強梁及支撐架等功能性結構件。

日本馬自達公司開發出一種高強度的用聚丙烯和玻璃纖維制成的樹脂復合材料，它的強度能達到普通玻璃纖維復合材料的 3 倍以上，與鋼鐵相當，可以大幅降低車體重量。在美國，至少已經有 20 多種汽車零部件是利用GMT、LFT制成的。Borealis已成功開發了短玻璃纖維增強聚丙烯產品，據稱此產品在空氣進氣岐管、風扇支架和導片圈、發動機蓋、冷卻系統零部件和前端托架中都有潛在用途。

與熱固性樹脂基復合材料相比，熱塑性樹脂基復合材料具有如下優點：（1）可回收利用；（2）在保持剛性、硬度和耐沖擊性的情況下，可減輕板件重量 15%；（3）可電涂，能在 200 ℃下放置 30 min，尺寸穩定性好，成本效益高；（4）模塑后不需修飾；（5）原材料與加工的總成本具有競爭優勢。圖 1 是LFT在汽車上使用的實例。

3.2碳纖維增強復合材料的應用

現階段，碳纖維復合材料越來越受到汽車工業的重視，在汽車中的應用也越來越多。碳纖維復合材料是制造汽車車身、底盤等主要結構件的最輕材料，也可應用在高強承力件上，如采用拉擠成型的碳纖維承重架、減振彈簧葉片等。預計碳纖維復合材料的應用可使汽車車身、底盤減輕 40% ～ 60% 的重量，相當于鋼結構重量的 1/3 ～ 1/6。與玻璃纖維復合材料相比，碳纖維增強復合材料具有更高的強度和模量以及更小的密度，重量要輕 1/4。

碳纖維復合材料可以吸收更多的扭變能和沖擊能，從而提高了汽車的沖擊容限水平，使汽車更安全。而減重使汽車能耗降低，減少了燃油的污染。英國材料系統實驗室曾對碳纖維復合材料的減重效果進行研究，結果表明：鋼制車身的重量為 368 kg，而碳纖維增強材料的車身重 172 kg。用碳纖維制造的板簧僅為 14 kg，比鋼制的輕 76%。碳纖維復合材料正用于某些汽車的發動機罩，其重量不到標準玻璃纖維復合材料（9.3 kg）的 33%。圖 2 是汽車用碳纖維復合材料的實例。

3.3天然纖維復合材料的應用

天然纖維復合材料質輕（其密度僅為玻璃纖維的 50% ～ 60%），適于汽車輕量化及節能的要求，且具有可降解性。因而，自 20世紀 90年代開始，天然纖維增強熱塑性樹脂基復合材料制件在汽車上的應用得到了很大的發展。歐洲地區大量采用植物纖維／PP加工汽車內裝飾板，如德國梅賽德斯公司用黃麻／PP加工扶手、內飾板等汽車零件。世界各國目前對天然纖維復合材料仍在進行深入研究，研究集中于克服天然纖維的吸水性及與基體材料的不相容性、在基體中的分散性、熱形變溫度的提高、合適的成型及加工性等，已取得了較大的進展。

3.4金屬基復合材料

鋁基復合材料在汽車上的應用比較廣泛。例如，儀表結構上用SiC含量高的鋁基復合材料，具有高的比彈性。用SiC顆粒強化6NO1（日本牌號的鋁合金，相當于6061合金）已制得山地自行車輪圈，這種復合材料的輪圈比常規用的6061合金輪圈的抗斷裂強度高 8%，耐磨性則提高了 2.5 倍；用SiC顆粒強化Al – Si（Si占 20%）的鋁基復合材料制得的發動機汽缸內套，其耐磨性與鑄鐵件相同，而重量只有鑄件的 1/3，這對汽車的輕量化極為有利，用作耐磨材料已應用于汽缸內套、活塞、剎車盤等中。

近年來，纖維增強金屬（FRM）有所發展，鋁合金基FRM具有抗拉強度高和耐磨耐熱等特性。纖維增強的輕金屬能用于僅靠輕合金不能滿足強度和耐磨性的部位上，是很有發展前途的材料。例如，局部增強內燃機活塞，其頂部是由氧化鋁短纖維或氧化鋁和二氧化硅短纖維混雜的增強鋁基復合材料構成的；而常規的內燃機活塞由Al – Si鑄造合金制造，有些則采用在第一道環槽鑲嵌高鎳鑄鐵環。

日本本田汽車公司成功開發了由不銹鋼絲增強的鋁基復合材料連桿，這種材料的比強度和模量是基體鋁合金的 2 倍，但比鋼制連桿輕 30%，對 1.2 L的汽油機來說，其燃油經濟性提高了 5%。此外，鋁基復合材料還被成功應用到了發動機活塞環槽中，即先把增強體硅酸鋁纖維和氧化鋁纖維做成環狀物置于鑄模內，然后澆注鋁合金并用擠壓鑄造的方法制造出鋁基復合材料活塞，其性能和壽命均超越了傳統的鑄鐵環槽鑲塊。

目前，美國已將鋁基復合材料應用于剎車輪，其特點是重量減少了 30% ～ 60%，導熱性好，最高使用溫度可達 450 ℃，其熱性能已達到原先使用的鑄鐵水平。幾乎所有歐美地區的汽車制造廠 ，包括奔馳、沃爾沃和福特、通用，都正在研究采用MMC（金屬基復合材料）制造制動盤和制動鼓，不僅可以減重，而且具有高的熱導率。

MMC在國外已經實現了商品化，而在我國僅有少量批量生產，以汽車零件、機械零件為主，主要是耐磨復合材料如顆粒增強鋁基、鋅基復合材料、短纖維增強鋁基或鋅基復合材料等，產量僅為 5 000 t/a左右，與國外差距較大。

3.5陶瓷基復合材料

陶瓷基復合材料的主要基體有玻璃陶瓷、氧化鋁、氮化硅、碳化硅等，具有高溫強度好、耐磨性與耐腐蝕性優、膨脹系數低、隔熱性好及密度低等特性，且資源也比較豐富，具有廣泛的應用前景。同時，增強相的加入在提高陶瓷基復合材料強度的同時，也達到了提高韌性的效果。

陶瓷基復合材料在汽車中主要用于制造耐磨、耐腐蝕、耐高溫以及對強度、比強度有較為特殊要求的部件。陶瓷基復合材料在內燃機上尤其有著廣泛的應用。活塞部分采用陶瓷材料后，可使燃燒室中實現部分隔熱，從而減少冷卻系統的容量和尺寸。在高強度柴油機中可有效降低活塞環槽區的溫度，有時可取消對活塞的專門冷卻。由于陶瓷基復合材料的重量較輕，應用于配氣機構中的氣門、挺柱、搖臂及彈簧座中后，允許發動機提高轉速來提高功率，或者在轉速不變的情況下降低氣門彈簧的彈力而降低功率損耗。氣門座、搖臂頭等易磨損部件用陶瓷基復合材料后，可以減少磨損，延長使用壽命。在柴油機的渦流室安裝陶瓷基復合材料鑲塊后，可改善發動機低負荷時的燃燒以及低溫啟動性能，并降低燃燒噪聲和二氧化碳的排放量。

轎車發動機渦輪增壓器用轉子材料是陶瓷基復合材料較為成功的應用實例。渦輪增壓器零件中使用陶瓷基復合材料最普遍的是增壓器渦輪，與金屬渦輪相比，陶瓷基復合材料渦輪重量輕，轉動慣量僅為其 31%，從而可以改善“渦輪滯后”現象，并使增壓器的動態性能提高 36%。同時，陶瓷基復合材料渦輪能在金屬渦輪不能承受的高溫下工作，且由于熱膨脹系數小，能預先減小渦殼與渦輪之間的間隙以提高效率。此外，汽缸蓋、活塞銷以及排氣管等皆可用陶瓷基復合材料來制造。

4汽車用復合材料的發展趨勢

為適應社會需求，現代汽車正朝著輕量化、安全、節能、環保、高速和使用壽命長等方向發展。汽車輕量化的目的是節能和減輕排放污染，而復合材料正順應了這種趨勢，它正朝著增強功能性、延長使用壽命以及可再生的方向發展。

汽車工業的發展日新月異，復合材料的研究也是一日千里，各種新車型、新材料不斷涌現。可以預測，在不久的將來，更高性能的復合材料將更大范圍地應用在汽車領域中。

縮小差距，盡快建立行業標準體系

差距帶來創新空間

汽車產品的開發是一個復雜的多領域配合的過程，汽車行業的競爭也逐漸轉變為供應鏈之間的團隊博弈，而質量、管理和技術始終是品牌的基礎。目前，國外的汽車用紡織品生產商、原料供應商以及設備供應商等，都具有一定的規模，專業化較強，且都有自己的特長和特色原料，加工技術含量高、保質保量，已形成一定的規模，產品質量穩定。

我國的汽車工業雖然已經有了飛躍發展，但車用紡織品行業與國外相比還有很大的差距，如：（1）成套生產設備缺乏，包括織造、定形、涂層、復合、染色、印花等工藝和設備；（2）汽車面料的競爭是設備和資金實力的競爭，但是由于前、后處理沒有專業的工廠或設備，因此最終產品的質量難以保證；（3）缺少專業的從業人員，我國的汽車用紡織品由于受客戶訂單要求的限制，大多為仿制，專業設計較少，致使目前的自主開發能力受限，從而嚴重影響了新原料和新技術的研究和開發，很多企業還是依賴進口和合資，如功能性面料等。

差距和挑戰同時也意味著新的機遇和增長點。正如上汽集團股份有限公司技術中心副總經理張覺慧在接受本刊記者采訪時坦言，低價不是解決問題的根本方法，仿造只能永遠落后于別人，汽車用紡織品生產商必須實行“引進來，走出去”的戰略，通過技術創新、降低成本，在保證產品質量的情況下實現低成本競爭的能力。同時他也站在下游用戶和消費者的角度指出，環保和輕量化產品的開發，紡織材料的隔音、隔熱性能的提高將是今后國內汽車用紡織品的發展重點，同時注重消費者的個性化需求，加強產品的系列化開發也是發展趨勢。

行業標準體系的建立迫在眉睫

汽車內污染物種類很多，能檢測到的有 100 多種，常見的大概有 30 余種，主要包括：苯、甲苯、二甲苯等系列；甲醛、揮發性有機物；微生物；重金屬以及NH3、CO、氮氧化物等。

這些污染物主要來源于：車廂密封材料、頂棚裝飾材料、保溫材料、織物面料以及車門內襯板中因增加了阻燃劑而釋放出的甲醛、油漆材料、膠粘劑以及汽車自身排放的污染物等。

由于汽車通風條件的不同，汽車內污染物對人體的傷害很難界定，標準制定難度較大，現有標準較少。GOST R 51206 — 1998《機動車駕駛室和乘客室空氣中有害物的含量》是俄羅斯的國家標準，歐美國家還未出現相關標準。

汽車內飾材料一般都含有揮發性物質，陽光照射后，車內溫度上升，會加劇揮發。揮發氣體在汽車窗戶或擋風玻璃上凝結會造成視線不良，影響駕駛者的視線和行車安全。為了合理控制揮發物的產生量，對汽車內飾材料進行霧化試驗是十分必要的。

霧化檢測可參照的標準包括：德國工業標準 DIN75201、英國標準BS AU168：1978、美國機動工程師協會 SAE J1756：1994、美國材料與試驗協會 ASTM D5393等。

Oeko – Tex Standard 100是由國際環保紡織協會制定的專為測試紡織品及輔料的有害物質的方法和標準，是世界范圍內具有廣泛影響力的生態紡織品標簽。目前，該標準體系已成為多家著名汽車制造商選購車用紡織品的參考標準，如沃爾沃目前已要求其全部車型的車用紡織品具有Oeko – Tex Standard 100認證，而克萊斯勒、三菱等公司也將該標準體系作為部分車型車用紡織品的準入門檻。

目前，歐美等發達國家和地區的汽車內飾紡織品的檢測標準已比較嚴格和完善，我國相對落后，對汽車內污染的檢測仍采用室內環境標準，且檢測手段和設備也不完善，大大影響了新產品的開發周期和生產成本。行業標準的缺失和不完善使我國的汽車用紡織品生產企業受制于人，目前，國內大多數汽車制造商（包括合資企業在內）或建立自己的內部標準，或參照國外的相關標準和規范進行檢測，這對我國汽車用紡織品的發展極為不利，因此，我國汽車用紡織品行業標準的建立迫在眉睫，這對于行業話語權的建立和國際競爭力的提升具有實際的指導意義。