2021,33(2)MODERN PLASTICS
PROCESSING AND APPLICATIONS
高分子复合材料在汽车轻量化方面的研究进展
汤佳铭俞亮$
（扬州大学机械工程学院，江苏扬州225000）
摘要：介绍了高分子复合材料在汽车材料轻量化技术方面的发展，阐述了高分子复合材料的性能优势和制造工艺以及高分子复合材料在新能源汽车中的应用现状，并对高分子材料的发展给出了相关建议&
关键词：高分子复合材料汽车轻量化节能减排聚合物
DOI：10.19690/j.issn1004-3055.20200213
Research Progress of Polymer Composites on Vehicle Lightweight
A V :Tang Jiaming Yu Liang: a v
(College of Mechanical Engineering,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu,225000)
a v
Abstract:The development of polymer composites in automotive lightweight m technology are introduced,and the advantages and manufacturing technology of polymer
<°jj composites and its applications in new energy vehicle are described.Finally,some J A M jj suggestions on the development of polymer materials for automobile are shared.
A M
Key words:polymer materials%vehicle lightweight%energy-saving and emission-jj *v reduction%polymer
近年来，我国汽车工业快速发展，在给人们的同时！环境污染和能I 的！大限度地能以及对汽气排放进行有限控汽车行业I 解决的难题「门。汽车用电池与机亡提升难度日益增加的，汽化亡成为节能减排的重要途径&汽化主要包化材料技术、轻量化设计
化制造，以国，很难
突破，并且研期长，成本高「2*。而开发新型的汽车材料，可以地汽车的总质，是目前汽化的主要发展，尤高分子材料和高分子基的材料，正逐渐受到各汽车厂商的青睐「3*。
1高分子复合材料的概述
1.1高分子复合材料的性能和特点
高分子复合材料是以有机聚合物为基体，由短切、长切或连续纤维与热固性或热塑性基体而成，是目造熟用最为广泛的一种复合材料⑷。与传统材料相比，高分子材料高、计性、性好、耐化学腐蚀性好、减振性好以及结构功能一体化等优点，正成为天、汽车工业、化工、医学等领域的主导材料之一，有着广阔的发展高的应用「5*。
1.2车用高分子复合材料的制造工艺
汽车用材料根据基体的不同分为热固性基材料和热塑性基 材料&热固性基材料的包括手C 、喷射、片状模塑料（SMC）模压、树递模塑（RTM））、缠、拉挤成型、热压罐成型、冲压成型等，SMC工艺和RTM工广用于汽车的件制造「6*。与钢制汽件相比，SMC材料，对的要
收稿日期:2020-08-07；修改稿收到日期2020-09-24&
作者简介：汤，硕士研究生，主要从事高分子材料
摩擦磨损性能研究&E-mail：t779171@163功om。
$通信联系人,E-mail:yuliang@yzu.edu&
基金项目：国家自然科学基金（51705450）&
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汤佳铭等•高分子复合材料在汽车轻量化方面的研究进展
求小，结构设计自由，并件的整体性好，在上本⑺，由SMC工£产的汽件主要热器、扌板、'、发动机罩盖等，美国CSP公司最新研发出新型的SMC材料一TCA UltraLite，密度仅有1.2g/cm3，可直接用于A级外观零件，彳地避免压工的部分缺1。由RTM工的汽件主要有门板、底板、横梁、车顶、扌、承载式车身等&欧洲汽车公司采用RTM工艺，成功试制止
车的碳纤维材料底板，零件，质量较金属减轻了50%，整体性能达到身水平&热塑性树脂基材料的包括
挤岀成型、吹塑、长纤维热塑性材料（LFT）模压成型、挤拉成型、玻纤毡增强热塑性材料（GMT）模压等间。LFT工艺已在汽车防撞梁扌块、仪表盘骨架、座椅骨架板、扌等结构件结构件到广泛的应用，德国大众公司采用LFT模压成型工造的乘用块比金属制造60%，轻量化效果h GMT模压工汽车上通常用
部件、座椅壳体、保险杠、扌、备用车轮、汽车防护装置材料，如韩国现代汽用GMT模压工造岀的保险杠相比之前一代，同GMT材料的收再加工特点，实材料的续利用&
2高分子复合材料在新能源汽车轻量化上的应用
在全球能源危机的背景下，汽车产业的转型升级已，新能源汽车将汽车行业发展的一个转折点，新能源汽车包括纯电动汽车、燃料电池汽车、天然气汽车、扌汽车、插电式混动汽车等，无论的燃油汽车还是新兴的新能源汽车，减轻自重升汽车节能和解决环保问题的关键之一，先进的材料：在新能源汽化的过重要作用
2.1复合材料在纯电动汽车上的应用
纯电汽的电电，
占到的20%〜30%，通过增加电〔量以上提高汽车的，加了汽车的自身，卩能用率，因此，减轻车重
是提高汽车续航能力的有效方法[10]&车身材料轻量化是实现汽化的主要途径之一，以身材料化以高、各金等金属材料为主，但纯电动汽车的化要求更高，原的化材料很难达到的标&新型高分子材料（纤维材料）纯电汽
上的用将汽化展的重点
，纤维材料的性能，身化的理想材料&公司为i3型电计的碳纤维身，的计之250〜350kg，既重，又能地保障驾驶员的生命全&
除了车身的轻量化材料设计，纯电动汽车的电材料轻量化的一个方向&采用高性能的材料，以降低部件的整体，还增加腐性性等功能，在性能方面远远超过金属材料「⑴&美国的SLG Carbon 公司开纤维塑料的复合电池，它的顶结构中覆盖的碳纤维织物材料，质量相材料40%，该电防水、耐腐高导热性等优点&
2.2复合材料燃料的应用
氢燃料电池汽车上的车载储氢目前技术发展的重点方向，其中，常温高压储氢气瓶的研发是突破技术瓶颈的关键，2020年，实现满足国家标准的70MPa的皿型储氢气瓶批量生产，到2025年将研制岀储氢压力达到70MPa的N型瓶，其质储氢体储氢相上代高，本更低！高、热导率低、扌高、工作范围广等
特点丰田TMNA公司为重料电池卡车研发了新型的储气瓶，以高密度聚乙烯作为内衬，使用碳纤维缠材料增强，比金属材料的储气瓶多装4kg液态氢，储气量比之高了30%，极大地提高了汽车的续航能力&
23复合材料的应用
汽车地板是车身部件的一个重要组成部分，对车身性能起到关键作用&随着新能源汽车的发展，置变化，车身结构也随之改变&汽，身计要电包的布置，而能够布置电池包结构的J 只有地行李舱，由于行李舱空间小，不能置全部的电池包结构，且布置后对汽体的
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载荷分配十分不利，所以电池包多布置在地板下[1314]&汽车的地计时除了要满足一刚，还、隔热性好、吸性良好等优点，以热塑性塑料材料为主的高分子材料造汽车地板的理想材料&罗林汽车公司研新型的汽车地板，其结构为三明治式多层复合材料(ISF)，主体材料采用玻璃纤维聚丙烯塑料，外部采用包裹，与传的地块相比，ISF型地50%左右，的隔声和隔热性能，且整体的结构设计性好，能适应不同的车身结构，实身减重的目标&由于ISF地板特殊的结构，在汽E 放的能量能均匀地分构件中，极大地增强了ISF地板的碰撞吸能能力，上高了车身的安全舒适性&
2.4复合材料能汽车上的应用
太阳能汽靠太阳能的新能源汽车，实汽车真正的放目标&到太阳能汽能转换的问题，太阳能汽车必须实化，复合材料在太阳能汽车中得到广泛应用&博洛尼亚大学和Onda Solare太阳能汽车协会联合开发的Cruiser级太阳能汽车，对悬架中的杆端关节轴承进行化设计，采用超高相对分子质量聚乙烯材料(UHMWPE)来替换原的铝材，在满足件的基础力学性能情况下又自身的&
3展望
材料轻量化是目前汽车轻量化技术的主要途径，从实用上看，高的复合材料是汽车材料轻量化的理想材料&汽车车身的化与材料化的发展，传统的车身以钢铁为主，占汽的30%〜40%，如果将部分零件替换为金，甚至是碳纤维等高材料，那汽重的效果会更加，随着近几年新能源汽车的展，汽车电重，各大汽车厂商将化作为重点研究目标，推材料的展&
高分子复合材料的发展将面临着以下挑战：在环，需加快研究复合材料可循环使用技术，提高复合材料的再利用率，降低环境污染，实的续发展；在性能，为了弥补单一增强体复合材料的性能不足，可以向多尺体材料的展!材料汽
车上的应用更加多元化；在整体发展，复合材料的发展需要整个汽业链的一体化协同发展，包括材料、加工工艺、模具、设计、设备、试验等
学研合作的创新体系，技术提升发展的大&
参考文献
)1*邱兆文中气车节能减排技术:M*.北京：化学工业出版社，2015:197.
熊培练.汽车材料及结构轻量化的研究进展)*.时代汽车，2020(1):96-97
梁瑞雪，赵鑫，罗莹，等•高分子材料在汽车轻量化领域应用现状概述)*•辽宁化工2016,45(6):736-738.
KOCSIS K J，MAHMOOD H，PEGORETTI    A.Recent advances in fiber/matrix interphase engineering for polymer composites]J*•Progress in Materials Science，2015，73: 1-43
刘冰，张靠民，李敏，等.车用高分子复合材料发展趋势及建议)*•中国塑料，2013,27(11)：8-17.
HILLERMEIER R W，HASSON T，FRIEDRICH L，et al.
Advancedthermose t ing resin matrix technology for next generationhighvolumemanufactureofautomotivecomposite structures[C
*.SAE World Congress and Exhibition.2013.
毕向军，李宗慧，唐泽辉，等.SMC制品的模压工艺设计)*.
工塑料用，2010，38(2):30-32
张伟，董升顺，蒋建云，等.轻质GMT板材制备技术与发展现状)*•塑料工业,2011，9CS1)：50-52,56.
DELOGU M，ZANCHI L，DATTILO C A，et al.
Innovative composites and hybrid materials for electric vehicles lightweight design in a sustainability perspective)
*.
MaterialsTodayCommunications，2017，13:192-209
)10*ZHAO G F，LIU M M，LI Y.Safety research and lightweight design of electric vehicle ba t ery protection
device)J*Advanced Materials Research!2013!724:
1366-1373
)11*汪佳农，赵晓昱.碳纤维环氧树脂复合材料电池箱的轻量化研究)*•玻璃钢/复合材料2016(12)：99-10233.
)12*ZHANG YH，JIAZC，YUAN Z M，et al.Development andapplicationofhydrogenstorage)J*JournalofIronand
SteelResearchInternational，2015，22(9):757-770
)13*于英华，王珏，高鑫，等.泡沫铝层合结构汽车地板研究)J*热加工工，2014，43(24):60-63
)14*ZHANG J，HE S，WALTON I H，et al.Lightweight sti f enedcompositestructurewithsuperiorbendingstrength
and sti f ness for automotive floor applications)M*
SustainableAutomotiveTechnologies20122012:75-80
・60
混动汽车・