高分子材料在汽車上的應用

吳銳+韓少偉+馬亮

摘 要：汽車工業飛速發展，隨之而來的是對汽車材料、工藝和性能更高的要求。高分子材料以其本身較輕的質量、較高的性能、良好的加工性和低成本迎合了汽車生產的要求，在汽車的內外飾和結構部件中得到了廣泛的應用，并且占據著越來越重的地位。

關鍵詞：汽車；高分子材料；應用

前言

20 世紀90 年代以來，世界汽車工業，尤其是中國的汽車工業不斷飛速發展，汽車產量持續增長，已成為三大支柱產業之一。但同時也對汽車的材料、結構和制造工藝提出了更高的需求，要求汽車在結構、重量、減振、防腐、隔音、節能等方面有突破性的進展。

塑料、纖維、橡膠是合成高分子材料的三大種類，它們以其本身重量輕、韌性好、耐腐蝕、高沖擊強度、加工性好等優點，在汽車制造中逐漸替代了部分昂貴的金屬及其合金材料，不但可以使汽車達到輕量化，實現節能的效果，還可提高構件成型加工性，降低生產成本，同時提高汽車舒適性和安全性。目前，高分子材料已普遍應用于汽車很多部分的結構件當中，正以其獨特的性能優勢逐漸融入汽車產業，建立起不可或缺的地位。

1 塑料在汽車上的應用

很多塑料，包括PP、PC、ABS等在汽車很多部分都有應用，如汽車的儀表板、門把手、座椅、保險杠、車燈等，比較多的是在汽車的內飾和外飾方面。汽車的內飾件主要有儀表板、方向盤、地墊、車門內板、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、高強度與剛性、耐腐蝕性、耐磨性、環保等特點[1]。塑料，尤其是聚丙烯材料，以其無與倫比的性能優勢取代了原有的金屬和纖維制品，得到了汽車內飾件的普遍應用。汽車的外飾件主要有保險杠、車燈、玻璃、把手、雨刮等。金屬合金在過去的很長時間內被用于汽車外飾件，但金屬本身質量大、易腐蝕、價格相對較貴，因此被PP、PET、PBT、PC等塑料逐步取代。尤其是在保險杠方面，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，它的應用使得保險杠在受到外力沖擊的過程中，能夠最大程度地減緩沖擊力，保護生命安全。

總的來說，塑料在汽車應用上具有很多優勢[2]：

（1）具有較好的柔韌性、耐磨性、避震性且單位質量塑料的抗沖擊性也不遜于金屬；

（2）密度小，質量輕，可有效減少汽車自重，增加有效載荷；

（3）耐腐性，對酸、堿、鹽等化學物質的腐蝕均具有較強的抵抗能力。

（4）加工成型性好，很多制品都可一次成型，提高生產效率，降低生產成本。

這些獨特的性能優勢，使得塑料在汽車上的用量不斷增加，已占到汽車總重量的10%，而且增長還在繼續。

2 纖維在汽車上的應用

汽車上一般應用的纖維材料多為纖維增強復合材料，是由玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等纖維與基體材料經纏繞、模壓或拉擠等成型工藝制得的，具有高的強度、模量、韌性、耐腐蝕性和耐久性等。常見的有玻璃纖維增強復合材料（GFPR）、碳纖維增強復合材料（CFPR）及芳綸纖維增強復合材料（AFPR）。

玻璃纖維增強塑料（GFPR）俗稱玻璃鋼[3]，不僅質量穩定、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，且設計靈活，是目前汽車上應用較多的一類纖維增強復合材料，可用于發動機、發動機周邊部件及車身結構件、覆蓋件等，也有用于車身殼體的。

碳纖維增強復合材料密度不到鋼的1/4，但強度卻是鋼的7～9倍[4]，具有足夠的強度和剛度，以及優良的綜合性能，常用于制造汽車車身、前端框架和骨架材料、傳動軸、板簧、氣瓶、高強度外覆蓋件等，可有效降低汽車自重并提高汽車性能。

芳綸纖維增強復合材料[5]相較于前兩種材料，價格相對太高，目前在汽車方面應用還不普遍，但也由于其高的比強度、比模量，在汽車輪胎簾子線、摩擦材料、氣瓶等方面有諸多不可取代的應用。同時，芳綸纖維還作為高性能防護材料，可用作汽車防彈裝甲，如汽車門及汽車外殼的防彈內襯，為軍工事業、運鈔車和防暴車等提供保護。

3 橡膠在汽車上的應用

橡膠是高分子材料中應用較為廣泛的一類，在汽車用非金屬材料中，也占據了重要的地位，是有些部分甚至是其他材料都無法取代的。它具有非常獨特的高彈性，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。這些獨特的性能為汽車中需要長期摩擦、經受氣候考驗以及需要長期結構油和應力的部分提供了解決之道，使得橡膠在汽車輪胎、油封、O圈等密封件、加熱冷卻系統、減震、氣管等很多部件都廣泛應用。這些部件都承擔著每輛車十分重要的機能，約占到了車輛自重的3%～6%，對整車質量和性能以及安全行駛具有至關重要的作用。

4 結論

當前汽車工業飛速發展，汽車輕量化是一個必然的趨勢。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、安全環保等很多優點，因此將來必然會在汽車生產中占據越來越重的地位。同時，以塑料代替金屬及其合金材料也是目前材料科學研究的熱點和重點，相信高分子材料有望在不久的將來可以代替金屬在汽車生產中得到普遍的應用。

參考文獻：

[1] 楊青.高分子材料在汽車領域應用探討[J].科技文檔，2016，11（747）.

[2] 張紅英， 歐陽八生. 汽車輕量化之有效途徑——高分子材料的應用[J]. 模具技術， 2014 （5）： 54-58.

[3] 鄭學森， 潘徽輝. 玻璃鋼/復合材料在汽車工業中的應用[J]. 新材料產業， 2008 （3）： 25-32.

[4] 周宇飛， 朱熠. 新型纖維增強復合材料在汽車上的應用[J]. 汽車工藝與材料， 2012 （10）： 24-29.

[5] 謝霞， 余軍， 溫秉權， 等. 復合材料在汽車上的應用[J]. 國際紡織導報， 2010 （12）： 56.

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