隨著時代的進步，現代科技的高速發展與汽車的迅猛發展，新材料和新工藝的不斷進步，時下人們對現代汽車提出一系列更高的要求：舒適性、安全性、環保性和美觀性等方面。在這種背景下，汽車的輕量化、節能降耗、低成本化已經成為了汽車工業設計的主導。而汽車的輕量化除汽車車身應用輕量化的鋼材以外，在占據汽車重量一大部分的內飾件應用輕量化樹脂材料也是汽車輕量化研究的重要部分。本文就汽車內飾件應用輕量化樹脂材料進行闡述，以期對輕量化樹脂材料在汽車內飾中的推廣應用起到較好的促進作用。

    1、輕量化汽車設計的概要與樹脂基材料在汽車的應用：

    首先，汽車輕量化是節能和降低排放的重要方法和途徑，使用塑料能有利于減輕汽車重量，從而間接提高汽車動力性。據相關統計研究，每百公里油耗y與汽車自身重量x的關系為：y=0.003x+3.3434,也就是說，對一般汽車而言，汽車自重減輕10%，可節油6%—8%，由此可見汽車輕量化對于節約能源具有重大的意義。輕量化是當前汽車工業的發展方向，樹脂基材料開發與應用技術的創新是汽車輕量化的關鍵所在，這主要表現在兩個方面 : 一是新型高強度或 （和） 低密度輕質材料的開發和輕質零件的制備，用其取代傳統鋼鐵零部件， 可以大大減輕汽車自重，如高強度鋼、鋁、鎂合金等金屬材料以及高分子材料和復合材料等；其二是采用新的成形工藝實現零件及車身部件結構的簡化和輕型化，節約生產材料、提高工作性能。

    汽車輕量化，是指在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能地減輕汽車的整車質量，首先要從汽車的結構的合理設計開始。現代汽車的設計，幾乎全部應用CAD/CAE/CAM分析技術，可利用FEA有限元分析功能來分析零部件的結構的運動軌跡、應力分布，并對生成的相關應力圖進行工程分析與剛度、強度計算，對局部進行優化既強化設計，達到整車質量輕量化與最強、最安全的整車結構設計的目的。

    汽車輕量化常用材料有：高強度鋼、鋁鎂合金、塑料及聚合物材料、樹脂基復合材料、碳纖維符合材料、玻璃纖維復合材料等。雖然鋼材在汽車結構設計中有著不可或缺的地位，但由于其自身密度大的缺點與隨著對樹脂材料、塑料及聚合物材料的研究與開發，“以塑代鋼”已成為汽車工業發展的必然趨勢，并從汽車結構件擴展到整個汽車的內外飾件。

    汽車內飾件包括儀表板、車門內板、方向盤、座椅、頂篷、地墊、遮陽板、儲物盒、煙灰缸等，另外還有一些附屬設備如音響、空調、通信、電視、照明燈具等；汽車外裝件，包括保險杠、散熱器格柵、側防撞條、后導流板、各種車用燈具、車用玻璃，以及車門把手、雨刮、門鎖等車身附件。這些內外飾部件的功能、形狀和結構各異，將它們有機地組合在一起，形成一個統一、協調、美觀的內外飾系統。其中的很多部品使用的材料均為塑料類材料，目前世界上不少轎車的塑料用量已經超過120千克/輛，個別車型還要高，德國奔馳高級轎車的塑料使用量已經達到150千克/輛。國內一些轎車的塑料用量也已經達到90千克/輛。圖1表示汽車內飾件材料應用的現狀。
 

    圖1

    2、樹脂基復合材料的組成與分類

    樹脂基復合材料是以合成樹脂為基體，以纖維為增強材料，在一定溫度、壓力作用下，經成型技術塑造成不同形狀制品的一種新型復合材料。與鋼鐵材料、鋁合金等傳統材料相比，樹脂基復合材料具有重量輕、比強度高、耐腐蝕、減振性能好、可設計性強、易于加工等優點，隨著對樹脂基材料的進一步研究與開發，其在汽車工業中的應用越來越廣泛，并成為了汽車上重要的輕量化材料，樹脂基復合材料越來越多地取代了傳統的金屬材料。

    樹脂基復合材料主要組成是樹脂基體和纖維增強材料。樹脂基體包括熱固性樹脂和熱塑性樹脂；增強纖維材料常用的有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等。樹脂基復合材料按基體可分熱固性復合材料和熱塑性復合材料，其性能與樹脂基體有密切關系。

    2·1熱固性樹脂與熱塑性樹脂的特點：

    熱固性樹脂初加熱時軟化，可塑造成型，但固化后再加熱時將不再軟化，也不溶于溶劑。常用的熱固性樹脂有酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚醋樹脂和有機硅樹脂等。熱塑性樹脂加熱時會軟化和熔融，可塑造成型，冷卻后即成型并保持即得形狀，這一過程具有重復性。應用較多的熱塑性樹脂是：尼龍、聚烯烴類、聚苯乙烯類、熱塑性聚醋和聚碳酸醋等。而車用復合材料的樹脂基體，目前仍以熱固性樹脂為主，但熱固性復合材料的缺點是廢棄物回收再利用困難。隨著國際社會對環境保護的要求越來越高，熱塑性樹脂基復合材料越來越受到人們的關注。與熱固性樹脂基復合材料相比，熱塑性樹脂基復合材料有許多優點。例如斷裂韌性高、成型過程中無化學反應，因此成型速度快，成型周期短；預浸料可以無限期存放，且對存放無特殊要求，易于回收再利用，不環境污染；能夠實能夠實現快速、無污染、自動化生產。

    2·2樹脂基復合材料在汽車上的應用：

    在汽車用樹脂基復合材料中較典型的是用玻璃纖維和碳纖維增強的復合材料。玻璃纖維增強塑料復合材料 （GFRP）在我國俗稱“玻璃鋼”，它具有強度高、工藝性能好、價格低等特點，可用于制造保險杠、發動機罩、擋泥板，甚至于整個車身殼體。汽車上常用的玻璃鋼有：聚苯乙烯玻璃鋼、尼龍66玻璃鋼、聚醋樹脂玻璃鋼等。隨著原材料的發展與工藝上的改進，在汽車中大量應用玻璃鋼/復合材料將是今后汽車工業發展的必然趨勢。

    碳纖維增強塑料 （CFRP） 是汽車輕量化最理想的材料，表1為主要復合材料增強項物理性能比較。從表1看出，高強鋼筋、玻璃纖維、碳纖維三種材料的比強度（抗拉強度/ 表觀密度）分別是23,101,272，其中碳纖維最高。
 

    樹脂基復合材料在汽車上用途廣泛，可用于制造汽車外板、汽車結構件\內外飾件、發動機及發動機周邊部件等。應用范圍由內飾件、覆蓋件向外裝件、結構件和功能件發展。傳統的車身材料通常采用高強度薄鋼板，為了減輕汽車自重，采用樹脂基復合材料代替鋼材，已成為汽車材料應用發展的必然趨勢。通用公司早在1953年就推出克爾維特（Corvette）牌全塑車身的轎車，除翼子板用尼龍注射成型外，所有殼體都是用玻璃纖維增強塑料 （FRP） 壓鑄模塑成型的。到1980年已有65% 的美國轎車采用玻璃鋼片狀模塑料作前臉和散熱器護柵板[7]。目前樹脂基復合材料已被廣泛應用于車身結構件（如骨架、梁、柱等）、覆蓋件（如前臉面罩、前翼子板、發動機罩、頂蓋、車門、行李箱蓋、后側板等）以及保險杠、油箱等車身部件：包括車身殼體、車蓬硬頂、天窗、車門、散熱器護柵板、大燈反光板、前后保險杠等以及車內飾件。這是玻璃鋼／復合材料在汽車中應用的主要方向，主要針對適應車身流線型設計和外觀高品質要求的需要，目前開發應用潛力巨大，應用范圍局廣，包括結構件：前端支架、保險杠骨架、座椅骨架、地板等，主要使用高強SMC、GMT、LFT等材料；功能件：發動機氣門罩蓋、進氣歧管、油底殼、空濾器蓋、齒輪室蓋、導風罩、進氣管護板、風扇葉片、風扇導風圈、加熱器蓋板、水箱部件、出水口外殼、水泵渦輪、發動機隔音板等，其主要特點是要求耐高溫、耐油腐蝕，以發動機及發動機周邊部件為主，主要工藝材料為：SMC／BMC、RTM、GMT及玻璃纖維增強尼龍等。表2 為樹脂基復合材料在車身相關部件上的應用。
 

    結束語：盡管目前樹脂基塑料作為重要的汽車輕量化材料已大量應用于汽車工業中，其應用范圍由汽車內裝飾件、覆蓋件向外裝件、結構件方向發展。熱塑性復合材料因為性能優異，廢料可回收利用，不污染環境成為車用樹脂基復合材料的重要的發展方向[8]。但由于受限于對其的研究與開發水平，成型工藝、部件結構開發的限制，樹脂基材料在整車的比重還有待提高，樹脂基材料在汽車上的應用于對汽車輕量化的貢獻只是走出了艱難的一步，后面的路程漫長而遙遠，任務艱巨。由于塑料的特性限制，其本身強度比金屬材料的強度差，一般情況下，車用部件的塑料化要隨之增加零件壁厚與相應的結構復雜化，因此今后有待開發出既便宜又有高強度的塑料是未來汽車輕量化與塑料化的主要攻堅方向。

責任編輯：李玲珊

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