内 容 摘 要
随着经济的不断发展及城市化的推进，汽车数量的急剧增多对生态、资源造成了较大影响，节能减排、绿环保成为目前发展的主题。统计表明，汽车质量每降低10%，燃油 效率可提高6%~8%，新能源汽车每减少100Kg重量，续航里程可提升10%-11%，还可以减少20%的电池成本以及20%的日常损耗成本。汽车轻量化技术是汽车节能减排的重要手段之一。近几年，连续纤维增强复合材料（以下简称纤维复合材料）因其具有质量轻、降噪减振、高强度、耐腐蚀等特点，在汽车领域得到了广泛应用。汽车轻量化效果依赖材料、结构和工艺等方面，针对纤维复合材料构件，可通过采用比强度、比模量、比吸能更高的材料体系，减少材料的使用，采用先进的制造工艺，包括激光切割、液压成型等，实现其轻量化的目标。
关键词：复合材料 轻量化 节能环保 连续纤维 成型工艺
1．复合材料汽车轻量化应用国内外研究进展情况
1.1纤维复合材料在汽车轻量化领域的应用
1942年，美国某公司成功研制了玻璃钢，其他国家也相继制造了性能更优的复合材料，如碳纤维增强复合材料、纤维增强金属基复合材料、陶瓷基复合材料等，并将其广泛应用在汽车的制动盘、活塞和驱动轴等零部件上。碳纤维增强复合材料 （CFRP） 的强度为碳钢的3倍、铝合金的4倍。在同等强度下，CFRP的质量为钢的25%、铝合金的50%，使 CFRP车身比钢质车身轻50%以上，比铝质车身轻约30%。碳纤维复合材料的耐腐蚀、耐高温、热力学性能好，可提升汽车的应用性能，成为汽车轻量化领域的主要研究对象。其他复合材料，如陶瓷基、金属基复合材料等，其耐磨性、耐热性更优，适合制造汽车易磨损零件、耐热零件。
纤维复合材料虽性能优异，但难降解回收且成本较高。 应用高压树脂传递模塑成型技术、真空袋压成型工艺、真空导入模塑成型工艺、热气压成型技术等先进技术，可提高纤维复合材料的生产效率、降低成本。宝马是引领CFRP进入大众化汽车领域的先行者，宝马7系采用CFRP与高强度钢、铝材结合制作车身材料。丰田、大众、奔驰、现代等多家汽车制
造商均在开发汽车轻量化过程中使用了纤维复合材料。 奥迪A8轿车的后围结构使用了CFRP，减重超过50%；上汽通用五菱某款车型的发动机装饰盖使用了聚丙烯长玻纤材料，减重超20%；宁波材料所与奇瑞汽车联合研制的插电式混合动力车型的车身使用了CFRP，减重超过40%。
汽车引擎盖1.2汽车领域纤维复合材料成型工艺
1.2.1传统成型技术
模压成型工艺历史悠久，在汽车领域得到了广泛应用，其适用于生产大型异形件，且生产率较高，成品尺寸精度较高、表面质量较好，但其成型周期时间较长，内部孔隙率较高，仅用于制作非结构件。热压罐工艺具有制件加工灵活等优点，可实现复合材料的整体成型，减少连接件的使用， 实现结构轻量化，但其具有采用的热压罐体积大、结构复杂、投资成本高、消耗能源多等不足，限制了应用范围 。拉挤成型工艺的优点具有生产效率高、可连续成型、自动化 程度高、制造成本低、制品质量稳定、外观平滑等优势，可用于保险杠横梁、门防护梁、顶梁等零部件的制造。纤维缠绕成型技术的自动化程度高、生产周期较小、生产效率高，是生产传动轴、储气瓶等回转零件的主要方法。液体成型工艺与热压
罐成型相比，可节省预浸料加工、预浸料低温储存、使用昂贵的热压罐工艺过程，是成本较低的工艺。
1.2.3 新型成型技术
高压树脂传递模塑成型工艺、真空导入模塑成型工艺是传统液体成型工艺的新型优化工艺。高压树脂传递模塑成型工艺，提高了生产速度、效率，可实现纤维复合材料的高效 规模化生产。真空导入模塑成型工艺相对简单，制品尺寸和形状不受限制，生产成本更低，满足大规模生产要求，可用于汽车车顶、挡风板等零部件的制造。真空袋压成型工艺在满足制造要求的同时，避免了使用昂贵的热压罐，减少了构件的成本。热气压成型工艺与传统模压成型技术比，可通过气体挤压材料，只需通过单模便可生产构件，有效降低了生产成本，可避免模具间的刚性接触，使构件表面质量更好、 受力均匀。为了更好地达到轻量化目标，需要综合每种成型方法的优缺点，合理选择成型工艺。
2．复材汽车轻量化主要应用部件
2.1各种材料的主要应用部件
材料种类 | 应用部件 |
碳纤维复合材料 | 跑车车身、车顶板、主承力结构、次承力结构 |
铝蜂窝复合物材料 | 底盘、吸能盒、汽车外饰、天窗、备胎盖板、行李舱 |
聚丙烯蜂窝 | 底板、汽车面板、车身外蒙皮、保险杠、车门 |
聚丙烯复合材料 | 汽车外饰、前端模块、仪表盘骨架、发动机周边零部件 |
玻璃纤维复合材料 | 导流罩、保险杠、车门、车窗、发动机罩、挡泥板 |
2.2碳纤维复合材料应用简介
碳纤维复合材料特性：CFRP的密度约为1.6g/cm3，不足钢材密度的1/4，同时拥有优异的力学性能、环境耐候性、尺寸稳定性、可设计性、高吸能效率及减震性，是最有发展前景的汽车轻量化材料。
应用比例
应用简介
车身：美国通用汽车公司1992年展出了由碳纤维复合材料制造车身的超轻概念车，车身质 量为191kg，整车质量降低68%，节油40%。兰博基尼汽车2011年推出了Murciélago替代车型，该车采用了全碳纤维复合材料单壳体车身，质量仅有145.5kg。
目前，碳纤维复合材料制成的车身结构件已在德国宝马公司开发的Z-9和Z-22系列中大量采用。德国大众汽车公司的“2L车”CC1研究项目，碳纤维复合材料用于车身的比例高达45%。通用汽车公司采用碳纤维复合材料制成的ChevroletCorvetteZ06纪念版轿车的发动机罩盖，质量仅 9.3kg。福特和保时捷的发动机罩也全部采用了碳纤维复合材料，在安全性不降低的前提下获得了极高的轻量化效果。
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