1　概述

近年來模塑料及其復合材料在汽車中的用量持續增長。圖1為美庭轎車塑料（含塑料復合材料）用量的增長情況，從1977年到2004年．單車塑料的用量由76kg提高到117kg，增幅達54%。目前北美汽車中塑料的用量為每車118kg左右，約占整車質量的10%，預計2010年將達到136kg。而歐洲轎車塑料所占的比例稍高，已達整車質量的14.5%。

塑料在汽車中的應用遍及所有總成，業內習慣將它們分為內裝（飾）件、外裝件和功能件（其他結構件）。表1列出了目前汽車中主要塑料零部件所用的材料，表中所用的縮寫中英文對照如表2。據統計，居前幾位的汽車塑料有SMC、BMC、FLT、GMT、PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE。

2　主要技術進展

以汽車熱塑性塑料復合材料為例，國外當前研究的主要課題如下。

樹脂材料研究的重點之一是不斷提高材料的物理，力學性能；材料開發已從昂貴的特殊專用樹脂轉向低成本的普通樹脂新品種體系；自增強樹脂也是當前材料研發的一大熱點（如SR－PP），歐洲重點放在連續層壓成形和模壓成形材料上，而北美關注的是注塑成型材料。

納米復合材料研究開發受到廣泛關注，主要有納米層狀二氧化硅和納米碳管增強PA、PE、PVC，界面特性改善等。

納米增強纖維復合材料是近興起的一種納米復合材料。歐洲目前正在研究利用納米碳管作增強體，開發阻燃和自增強SR－PP等高性能復合材料，其他類型的增強體如聚合物、鋼纖維等也受到關注。

由于環保的需要，天然纖維增強熱塑性復合材料也是當前各國汽車塑料的一個重要研究領域。納入研究的天然纖維來源有纖維素。木材、亞麻、黃麻，劍麻、大麻，龍舌蘭葉纖維、椰子殼纖維，以及稻草與其他農作物廢料等。

熱塑性復合材料成形技術研究正在廣泛進行。當前的重點有纖維纏繞與編制技術，并已在天然纖維纏繞和金屬－聚合物纖維編織技術上取得重大進展；纖維－金屬夾層等混合材料的制備方法，如Over－Injection Moulding工藝；熱塑成型、沖壓成形、模壓成形技術，包括工藝優化與智能化、柔性工裝、工藝模型與計算機輔助成形、大批量生產技術等，并已開發出可顯著縮短加熱時間的局部加熱技術和快速熱響應模具；短纖維，生物纖維增強復合材料、自增強復合材料，LFT、木纖維增強PP等的注塑工藝，注塑工藝優化，纖維取向模擬，水助注塑技術開發；PA6、PAl2和CBT為基體的復合材料批量生產RTM工藝；大型零件的低成本真空模塑生產工藝；零件表面模內裝飾技術．A級表面與抗擦傷表面制備技術。

連接技術開發，主要有大型零件感應焊接、接觸焊、超聲焊接、振動焊接等。

試驗技術開發，包括強度快速試驗方法，高、低溫試驗方法，中擊、磨損試驗方法，長時性能測試方法，NVH性能測試方法，車身防碰撞零件沖擊試驗方法等。

2.1　若干材料技術新進展

（1）長玻璃纖維增強聚丙烯  （LGF－PP）

STAMAX公司近年開發了一種高彈性模量復合材料LGF－PP，玻璃纖維的長度為12～25mm．表3列出了注塑LGF－PP典型機械性能。LGF－PP可取代現有的材料，用于儀表板托架、保險杠粱、防濺板、車門和FEM等零部件。圖2為用LGF－PP制造的福特Fiesta后車門．同鋼車門相比，其質量減輕了50%。

（2）Daron Hybrid樹脂材料

Daron Hybrid是DSM公司近年開發的熱固性樹脂，它由不飽和的聚酯樹脂（UP）和聚氨酯（PUR）混合而成，通常稱為不飽和聚酯尿烷混合物。這種材料兼有UP的高剛度、高熱穩定性、以及PUR的韌性，表4列出了Daron XP45 Hybrid樹脂的典型物理力學性能。研究表明，以Daron Hybrid樹脂為基體的SMC/BMC除具有母材良好的性能外，其纖維/基體界面特性優于其他熱固性樹脂，而且還具有較高的抗水解能力。玻璃纖維增強和碳纖維增強的Daron Hybrid在90℃熱水中浸泡72h后，其ILSS值仍然可保留90%以上，如圖3。

（3）低密度SMC

普通SMC填料為密度較大的碳酸鈣，其密度一般在1.9g/cm3左右；采用粘土可使其密度降至1.60～1.65g/cm3；如用中空玻璃珠則可將SMC的密度進一步降到1.30～1.40g/cm3。密度的降低也帶來了諸如成本增加、材料物理性能下降、表面質量惡化等問題。DSM公司近開發出一種密度為1.45g/cm3的低密度SMC，其剛度與強度達到了常規SMC的水平。圖4為它與普通SMC及普通低密度SMC性能的對比。

（4）納米復合材料

納米聚合物復合材料由有機聚合物基體與納米無機分散相（至少有一維小于100nm）組成。由于尺寸效應、大比表面積和強界面結合，納米復合材料具有許多優異的性能，如強度高、耐熱、抗紫外線、阻燃。阻隔性好．加工性能好等。納米PA是早的汽車納米復合材料，主要應用對象為燃料系統和發動機罩下零件。隨后又相繼開發了以其他熱塑性工程塑料  （ETPs）、TPO和PP為基體的納米復合材料。現用的納米填充物主要為納米蒙脫土，其比例一般為3%～5%。而納米滑石因其需要的剝離能量較低，已開始進入市場。潛在的納米填料還有納米二氧化硅、納米碳管等。

目前產量大的汽車納米塑料是納米PA，其次是納米TPO，此外還有納米聚酯、納米紫外固化丙烯酸酯樹脂、納米聚酰亞胺、納米聚甲醛等。納米碳管/PAl2用于油管快速接頭、油濾等燃油系統零部件的內層以阻隔（防滲），近年又開發了納米碳管/改性尼龍、納米碳管/含氟聚合物用于燃油系統其他零部件。納米塑料應用對象主要為保險杠、散熱器、底盤，車身外板、車輪護罩、活動車頂及其他保護膠條、擋風膠條等外裝件，儀表板和內飾板、安全氣囊等內裝件，以及油箱、燃油系統。發動機罩下零部件等。近年經典的應用范例如下。

通用2004款雪弗萊Impala車身側面部件采用納米TPO制造（用它取代PVC和LFG－TPs）。

通用2005 Hummer H2 SUT貨廂底板含有3.2kg納米TPO零件（如圖5）。

本田2004款Acura TL座椅背采用納米PP。

國際卡車與發動機公司的重型載貨車，采用了芯模技術公司開發的SMC/納米復合材料－NANO LiteSMC制造的車身前部模塊，如圖6。它不僅表面光潔，而且較普通SMC減輕了25%。這種新型納米材料可使外裝件的密度由1.85～1.95g/cm3降低到1.45～1.55g/cm3，不需油漆的結構件則可降至1.30g/cm3。此外，它還具有高觸變性，所需的模壓壓力低，可利用現有模壓設備生產更大的零件。

（5）塑料－金屬混合材料轎車前端模塊制造技術

通用電氣（GE）近年開發出一種將GTX尼龍樹脂與鋼復合的技術，它可采用一步模塑工藝制造轎車前端組合件。其中具有封閉截面的液壓成形鋼骨，為組合件提供了足夠的剛度。該組合件成功地將散熱器，發動機罩掛鉤、洗凈器罐，前燈、散熱器格柵和前臉等零件整合為一體。

貝因公司（Bayer）也成功開發出塑料－金屬混合材料前端組合件制造技術，所用的材料為30%玻纖增強的Durethan BKV 30 H2.0耐熱PA6。該組合件由6段鋼件與塑料注塑而成，它集成了20多個零件與功能（如圖7），現已應用于福特Focus C-Max貨車。

（6）一種外裝件表面裝飾新工藝

Woodbridge集團開發出一種利用模內裝飾膜（in－mold decorating film）生產表面具有高光澤度外裝件的新工藝，該技術是在開模注入工藝（open mould pouring process）的基礎上發展起來的，因而具有壓力機噸位小、工裝成本低、工件完整性好、生產自動化程度高等優點，其工藝方法如圖8。采用這種新工藝可以生產輕量化薄壁復合材料構件，而且在強度相當的情況下，零件質量較用PU－SRIM和SMC方法制造的輕。

圖9和圖10分別為新工藝生產的零件照片和表面光澤度測量數據，它們達到A級表面要求。零件典型的材料構成為：基體采用硬PU泡沫；增強材料可選用合成纖維。天然纖維。無機（玻璃、金屬、礦物等）纖維等；表面裝飾膜的基底材料為PC或ABS，著色層和頂層材料為PMMA或含氟聚合物。

（7）一種新的SMC零件成形工藝

Fiberforge公司開發出一種新的SMC零件成形工藝，其核心是“特制板坯（Tailored blank）”制備技術。與激光拼焊板一樣，所謂“特制板坯”是截面厚度特征與實際零件相同的平板狀坯件。這種坯件的制備方法如下：在生產線制作纖維與樹脂復合薄條；根據零件的形狀和截面要求，一層層疊放。圖11為采用這種方法制造的一個板坯實例。

板坯制成后，須經沖壓與剪邊才能得到成品零件。板坯在進入模具前，先在紅外加熱爐中進行加熱，然后將板坯置于模具中成形并冷卻。沖壓工序的生產節拍小于90 s。圖12為采用新工藝生產的備胎座。

2.2　典型創新應用實例

以下是若干典型應用實例．它們在某種程度上映射了塑料及其復合材料在汽車中應用的新進展。

圖13所示的尼龍油底殼被戴姆勒―克萊斯勒04款ActorsBR500重型載貨車采用。其材料為35%玻纖增強UItramidA3HG7尼龍，它是個尼龍油底殼。其質量較鋁油底殼輕50%，而儲油能力增大了30%，并具有較高耐熱、耐蝕性，高的沖擊強度和阻尼性能。

圖14所示的一體化車門內飾用于福特05款Mustang。它是個將8英寸（203mm）揚聲器及其密封式音室與面飾制成一體的車門。它不僅改善了車內音響效果，而且還可減輕質量8.2kg，節省40美元。

圖15所示的雙色調儀表板為福特05款Mustang采用。借助CAE技術和同時雙注塑工藝，將兩種顏色樹脂同時注入模具中．使儀表板下部呈現兩種色調（免油漆），并具有高抗擦傷能力。

本田2006款Redgeline皮卡采用了SMC行李廂（如圖16）。它是個多塊玻璃纖維增強SMC復合材料嵌入式行李廂，零件數由鋼設計的100多個減至7個，質量減輕30%，而且還具有較高的容量和沖擊強度，較好的耐蝕性和防滑性。

圖17所示的麻蕉纖維增強備胎罩為戴姆勒一克萊斯勒05款A級2門轎車采用。它是今天然纖維大批量應用于外裝件的范例。用麻蕉纖維生產該零件較常規玻璃纖維節能60%。圖18所示的模內著色反應TPO安全氣囊套應用于通用2006款Buick。該零件采用的是個模內著色反應TPO（molded－in－color reactor TPO），它具有優良的抗低溫；中擊性能，且價格低于普通油漆件。

圖19所示的發動機冷卻水套隔離環被豐田2003款皇冠采用。零件材料為PPA樹脂，它是例開敞式發動機塑料水套隔離環。

圖20所示的新概念前端組合件為法國Plastic Omnium公司開發，它將擋泥板、前燈和其他零件整合成為一體，以減少裝配線時間。

戴姆勒―克萊斯勒03款Smart Roadster車頂及車身外板采用了免油漆塑料車身（如圖21），PC薄膜和ASA/PC樹脂涂層形成了具有高光澤度、抗紫外線、抗擦傷的A級表面。

3　未來技術發展方向

3.1　內裝件

內裝件用材的趨勢為：PVC不久將從內飾件應用中退出；聚氨酯因其柔軟的觸感，預計在內飾件（尤其是高檔車）上的應用會不斷增長，而中檔車在內飾PP化推動下可能更傾向于采用TPO；PU在內飾中尚難以被其他材料取代；復合材料在結構件（如座椅骨架）和吸收沖擊能量的零件上的應用將會增長；金屬－塑料混合材料在內裝件中的應用極具潛力。未來要著力開發外表美觀（低反光、耐磨、半透明）同時具有良好降噪性能（尤其是嗡嗡、吱吱聲和卡嗒聲）的內飾新材料；開發具有優良高速沖擊性能的內裝件材料；弄清塑料材料觸覺特性的本質。

開發快速制造技術；適應不同材料體系的一步成形技術；人工智能系統。

照明、電子、環境控制一體化設計；內、外裝材料體系同一化。

根據使用性能要求，制定材料技術標準；制定適用于不同材料競爭分析的試驗標準；建立汽車內裝件用先進塑料、復合材料的毒性和對環境破壞性的統一評估方法。

3.2　外裝件

開發耐候、耐化學侵蝕，具有良好的表面光澤和抗輕微撞擊性能的外裝件用聚合物體系；提高塑料零部件的表面光潔度；開發光亮、耐候的著色劑；開發先進的增強材料及增強技術；開發可生產出A級表面、免油漆外裝件的復合材料。

開發大批量、低成本的工裝技術；開發大型薄壁零件快速制造工藝；開發先進的模壓機；虛擬原型技術；低成本。高表面質量結構復合材料的快速制備工藝開發。

照明納入總體設計；內、外裝材料體系同一化。

建立制造、裝配工藝與零部件性能預測模型；建立不同老化條件（短期、中期和長期）下，零部件試驗結果關聯性的方法；建立零件耐候性預測模型、快速試驗方法。

3.3　發動機零部件

開發低成本的耐熱樹脂材料。導電樹脂材料；開發燃料電池、混合動力零部件用材。

開發燃料電池塑料件制造技術。

混合動力（包括燃料電池）塑料零部件設計技術。

開發用于代用動力系統零部件的塑料、復合材料的快速試驗技術，它們往往承受高溫和化學腐蝕。

3.4　底盤與驅動系零部件

開發結構件用的低成本熱塑性復合材料、碳纖維復合材料，沖擊能量吸收率高的材料，疲勞性能和抗蠕變性能好的材料；開發新的低成本增強技術（如新的增強纖維，新的填充顆粒和納米微粒、導電顆粒等），以滿足零部件高剛度、高耐熱性及成形性要求。

連接與密封技術；修理技術；新的零部件成形技術。

整車NVH特征模型；開發低自重汽車新型懸架系統；降低零部件集中載荷的設計方法。

建立零部件抗長期老化性、疲勞耐久性的快速試驗方法；建立汽車結構件的預測工程手段和系統。

3.5　塑料密集汽車

開發生產夾層構件的材料與工藝；開發滿足汽車設計要求的新型塑料合金和塑料共混物，熱塑性塑料，熱固性塑料和工程塑料；開發耐火塑料。

熱塑性塑料快速成型工藝；快速低溫連接方法；亞微觀水平的添加劑；低溫涂料及工藝；無油漆表面；無夾具裝配；節能制造工藝；塑料車身骨架快速成型與裝配。

建立汽車塑料、復合材料性能數據庫；適于塑料的低成本車身骨架設計技術；塑料―金屬材料復合零部件設計技術；在清潔材料（生物塑料）開發的基礎上．設計塑料密集汽車。