RLE國際開發了一種創新的低成本/低壓壓縮成型變體和熱塑性夾芯板技術，該技術自2019年以來一直用于商用車的內部隔板（上圖）。目前正在研究將該技術用于生產車頂外板和引擎蓋。

這種情況可能正在發生變化，這要歸功于英國的一種低壓壓縮成型和熱塑性夾芯板技術。4 年來，該技術一直在為一輛額定載重 2 噸的輕型商用車生產大型隔板。本文討論的最新工作表明，該技術可將設計靈活性、機械性能、經濟快速的加工和表面美學完美地結合在一起，最終可用于水平外板。

熱固性復合材料在乘用車上的應用歷史悠久，可用于半結構垂直和全結構水平車身外板以及底盤/單體部件。玻璃纖維增強塑料（GFRP）于 1953 年首次出現在當時的通用汽車公司（現為通用汽車公司，GM，美國密歇根州底特律市）生產的新型雪佛蘭克爾維特跑車的所有車身外板上。20 世紀 60 年代，在科爾維特跑車上，手糊玻璃鋼被循環速度更快、更穩定的壓縮模塑片狀模塑料（SMC）所取代。從那時起，SMC 的使用范圍已經超出了車身面板，包括結構拾取盒、底盤部件以及最近的電動汽車電池組的大型保護罩。此外，碳纖維/熱固性基復合材料從 20 世紀 90 年代的一級方程式和二級方程式賽車的重要部件，過渡到車身面板，后來又從 2000 年代初開始過渡到街車（包括克爾維特）的整個整體車身。

注塑成型的短玻璃纖維增強熱塑性塑料于 20 世紀 80 年代初首次應用于非結構性保險杠面板，到 20 世紀 80 年代中期，開始向擋泥板等其他垂直面板過渡。1990 年，通用汽車的土星汽車首次亮相，所有垂直車身面板均采用注塑熱塑性復合材料。不過，發動機罩、擋泥板和車頂仍采用沖壓鋼板，最終在 2010 年停產之前，整個車身外部都過渡到了鋼板。    

這十年間，通用汽車的其他幾款車型也采用了熱塑性垂直面板，例如德國慕尼黑寶馬汽車公司（BMW AG）限量版（1989-1991 年）Z1 跑車，以及后來戴姆勒股份公司梅賽德斯-奔馳分部（現為德國斯圖加特梅賽德斯-奔馳股份公司）于 1997 年推出的小巧的 smart fortwo 微型車。smart 是第一款采用全熱塑車身面板的汽車，盡管引擎蓋和車頂面板確實非常小。2007 年，smart 成為第一款從玻璃纖維增強聚碳酸酯/聚對苯二甲酸丁二醇酯（GR/PC-PBT）轉向滑石粉填充熱塑性聚烯烴（TPO）的乘用車。

在過去的 15 年中，滑石粉填充熱塑性聚烯烴在垂直車身面板上慢慢取代了 GR/PC-PBT 和 GR/改性聚苯醚-聚酰胺（GR/MPPE-PA）等工程熱塑性塑料。2014年，日產Rogue跨界多功能車（CUV）首次采用全熱塑性舉升門（滑石粉/熱塑性聚烯烴外板與長纖維熱塑性聚丙烯（LFT-PP）內板粘合），這是另一個歷時10年的重要里程碑。此后，其他越野車和 CUV 也紛紛效仿。

與熱固性復合材料或金屬相比，熱塑性復合材料是車身外板的理想材料，原因有很多。首先，它們往往更輕（比重更低），具有更好的耐損傷性（抗沖擊強度）--這是滿足 PedPro 要求的一個優勢，而且它們能提供更好的出模表面，減少模后加工。

與熱固性材料不同，熱塑性復合材料可回收（可熔融再加工），因此更容易重復使用廢料，并從報廢零件中回收可用材料--這對于向歐盟銷售汽車的企業來說是一個重要的特點，而且熱塑性復合材料在供貨時已完全聚合，這意味著成型周期更短，可重復性和再現性（R&R）更好，因此更適合大批量生產，并有助于抵消通常較高的原材料和模具成本。與金屬相比，熱塑性塑料還提供了更大的設計自由度，并為零件集成（減少零件數量）、插入硬件（便于連接）和簡化模后裝配提供了大量機會。

盡管熱塑性復合材料具有諸多優點，但與所有材料一樣，它們也面臨著必須克服的挑戰。例如，與鋼或鋁相比，早期的整體式熱塑性復合材料車身面板具有更高的熱膨脹系數（CLTE），不連續的纖維加固要求復合材料與金屬面板之間留有大于理想的間隙，以適應溫度循環過程中的尺寸變化。如果沒有這種美學上的權衡，車門等可移動面板有時就無法打開或關閉。這一問題在很大程度上是通過以下方法解決的：將整體面板改成成對的粘合內/外面板--帶或不帶芯--以及在片狀復合材料（如 GMT/organosheet）和熱塑性塑料帶中使用較長的短切/非連續纖維增強材料以及連續纖維無紡布、單向和編織增強材料。

另一個問題是，汽車行業青睞的熱塑性塑料牌號（主要是聚丙烯、聚酰胺 6 或 6/6，以及聚酰胺或熱塑性聚酯與 PC 或 MPPE 的混合物）缺乏熱穩定性，無法在白車身（BIW）電泳涂裝（e-coat）和噴漆后承受烘烤爐的溫度。這增加了裝配的復雜性和成本，因為面板必須離線噴涂，并在汽車裝配流程的后期階段添加。雖然熱塑性塑料板的噴漆仍需離線完成，但在改善模塑著色（MIC）板的紫外線穩定性、色彩深度和金屬特效方面已做了大量工作，之后只需清漆即可完成。此外，薄膜技術也取得了長足進步，它提供了比油漆更耐用的表面，符合汽車制造商降低油漆成本和環境負擔的努力。

另一個配方問題是在剛度和沖擊力之間取得適當的平衡，以避免使用大型金屬支架將垂直面板懸掛在車輛上。與此相關的一個問題是，由于剛度和強度通常低于金屬的數值，因此通常需要采用幾何形狀（如肋條）來實現面板的可比機械性能。然而，這往往會導致名義壁較厚，從而引起包裝問題。面對必須重新設計現有車輛的車身結構以適應更厚的復合材料面板的前景，大多數原始設備制造商都會選擇放棄。對于熱塑性烯烴（TPO）材料來說，將非連續纖維增強材料與礦物填料相結合的精心配方工作，已使這些材料在外部垂直面板的表皮上占據了主導地位。此外，通過從整體面板設計轉變為粘合內/外面板，無法滿足 A 級要求的結構性內面板與無法單獨滿足機械要求的 A 級外皮相輔相成。

數十年來，熱塑性水平面板之所以無法使用，最大的挑戰可能就是在高溫下的下垂和長期蠕變問題。這有幾個原因。首先，熱塑性塑料在接近其 Tg 的溫度范圍內會軟化，從而導致機械性能的逐漸喪失，包括承載負荷和自支撐的能力。這種特性使熱塑性塑料更容易回收利用，但也會損害其在高溫下的長期機械完整性。在某種程度上，從短纖維/非連續纖維加固改成連續纖維加固，以及從整體板材改成帶或不帶芯材的粘合板材，都有助于解決這一問題。

與此相關的一個問題是如何獲得足夠高的 FVF 或 FWF，以改善高溫期間的機械性能。熱塑性聚合物在供應時已預聚（成型前分子鏈很長），這意味著即使在熔融溫度下，它們與許多液態熱固性體系相比也相當粘稠。這就很難實現高水平的纖維浸潤和浸漬。因此，即使在今天，FWF 值超過 40% 的注塑成型產品也很有限，而許多熱固性技術允許達到高達 70% 的 FVF 值。在某種程度上，解決這一問題的方法包括：謹慎選擇樹脂（例如，使用支鏈型聚丙烯而非線型聚丙烯，后者的粘度較低），修改熱塑性膠帶和 GMT/organosheet 生產的層壓工藝，以及最近使用低粘度己內酰胺單體進行浸漬，然后反應聚合成 PA6。其代價是較長的循環時間（更像熱固性塑料）和專業設備。不過，隨著時間的推移，在熱塑性復合材料中加入更多纖維，特別是更長的連續纖維的能力不斷提高，這極大地促進了熱塑性復合材料在越來越多的結構性應用中的使用。這里需要權衡的一點是，對于外觀美觀的表面來說，較高的 FVF/FWF 可能會導致纖維穿透。解決這一問題的部分方法是使用薄膜、對面板進行噴漆或紋理處理，或在夾芯板組合的最外層美觀層中使用較低的纖維增強層。

最后但并非最不重要的一點是，在高產量/低利潤的汽車行業中，直接和間接成本始終是一個敏感點。當復合材料行業致力于改進材料和工藝以應對一個又一個車身面板挑戰時，鋁和鋼鐵行業的同行們也在不斷改進他們的材料和工藝。即使在今天，除非改用復合材料能使汽車減輕大量重量、帶來重要的制造優勢或使安全性或功能性達到新的水平，否則大多數汽車制造商都會拒絕使用復合材料，除非使用復合材料的成本至少與傳統材料持平或更低。