摘要：随着科技的发展，汽车行业也有了快速发展，同时汽车的性能也有了很大程度的提高。但同时，汽车又面临着节能、环保、舒适等高要求，要解决这一问题，就要从根本上提高汽车制造技术。材料作为汽车构成中的重要基础，在汽车的每个部件都离不开材料技术，因此材料的发展直接影响着汽车行业的发展。基于此，文章首先对汽车用材料进行介绍，之后详细阐述汽车的发展对材料的要求，最后对我国汽车用新材料提出相关的建议。
关键词：汽车；新材料；技术
随着我国经济不断的发展，人民的生活越来越好，汽车行业迎来了几十年的高速发展期。然而汽车急剧增多的同时，也给环境和社会带来一系列的问题，其中环境恶化的主要制造者之一就是汽车尾气，因此汽车行业在保持高速发展的同时，也需要不断创新。汽车行业科技创新涉及新材料技术、新信息技术、新能源技术、新装备技术等，汽车正沿着智能化、轻量化、低碳化的方向快速发展。在汽车新材料领域，目前众多全球顶尖科技材料企业均大力加强与汽车相关的前沿技术和新材料的研发。本文对新材料在汽车中的应用加以归纳和整理。
汽车所用的材料可反映人类在材料领域的技术发展水平。车用主要材料如钢、合金、塑料、铝、橡胶、玻璃等6类，约占汽车质量的90%，其他材料包括涂料、有色金属（镍、铜、铅、锌、锡等），车中装备的燃料，汽车用电池（包括新能用汽车用锂电池）、纤维等其他高分子复合材料。近几年汽车行业中新材料的研发和应用已经成为研究的热点，新材料的研发和应用主要分为以下3个方面，分别是镁合金材料、碳纤维材料、其他功能性材料。
1.轻质合金在汽车行业的应用进展
1.1镁合金材料在汽车行业的应用进展
目前各大汽车厂商所使用的镁合金可分为ＡＺ系列、ＡＭ系列、ＡＳ系统以及ＡＥ系列。现如今的镁合金在汽车中的应用主要是针对零部件的壳体，使镁合金所构成的零部件能够耐温达到２００℃左右，不过目前所生产的镁合金还远未达到这一高度，而能够达到这一要求的稀土合金往往价格较高，很难应用到汽车中，因此，由镁－稀土所构成的合金成为当今应用的主流产品。
现如今国内外对镁合金的研究成果十分丰富。早在2006年时，德国戴姆勒－克莱斯勒公司就推出了一辆由镁合金构成车顶的概念车，在这辆车中大量的使用镁合金从而使其质量比同级别车降低２０％，这一概念车的推出有效的证明了汽车的减重与安全性保障是可以同时保证的。在最近这十年时间内，汽车行业对镁合金的使用情况飞速提升，每年的增速都是１０％左右，这些镁材料主要应用在汽车中的零部件与内饰部分，在今后的十年内，镁材料在汽车行业中的应用会继续保持１０％左右的增长速度。在今后的发展应用中，镁合金应当向合金的优化、减轻腐蚀、创新生产工艺等方向发展，以达到汽车中更多零部件都能够使用的目的。
1.2碳纤维
碳纤维复合材料是目前工程上可以大规模应用比强度最高的材料，已经广泛于汽车领域。碳纤维比普通钢轻50%，强度却是钢的7倍以上，其最早用于航空、航天、船舶、军工等高科技领域。业界公认，碳纤维增强复合材料（CFRP）是目前解决燃油车和新能源汽车减重的最好方法，碳纤维的应用可使汽车减重30%～60%，被誉为“轻量化之王”，是汽车“瘦身革命”的领导者，在汽车轻量化方面发挥着关键作用。碳纤维复合材料目前已经在高端车、超跑、赛车、改装车、限量版车型以及少量的电动车上开始大量应用。目前，碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用主要分布在汽车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等等。
碳纤维复合材料的应用可使汽车车身减轻质量40%～60%，相当于钢结构质量的1/3～1/6，目前赛车和部分改装车大多选用碳纤维复合材料车身，在降低质量的同时，因复合材料碰撞时减少了碎片的产生，从而提高了安全性。碳纤维复合材料的使用使得轮毂质量得到降低，有助于减少车轮转动惯量，使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。碳纤维复合材料制动盘可以在50m内将车速由300km/h降至50km/h。碳纤维制动盘可承受2500℃的高温，且性能稳定。而用碳纤维做的传动轴不仅可减轻其质量的60%[1]，而且具有更好的耐疲劳特性和耐久性。碳纤维内外饰材料的使用，除了汽车轻量化，还简化零件制造工艺，降低零件加工、装配、维修费用，降低生产成本。碳纤维复合材料作为汽车进气系统材料，一方面可减轻质量，达到轻量化的效果；另一方面，碳纤维材料易加工成各种曲面形状，且表面较为光滑，可有效提高进气效率。而碳纤维良好的高温性能使其在发动机领域得以应用。美国通用汽车公司、兰博基尼汽车公司、宝马集团都有车型大量使用，其中宝马公司在CFRP的应用方面处于领先地位。
1.3汽车用聚醚醚酮树脂及耐高温热塑性塑料
近年来，伴随着通用塑料工程化趋势的需求和发展，为了进一步扩展高分子材料的应用领域，对制品的要求在向更高、更新、更实用化的方向发展。当今以填充、共混、结晶、交联、接技等手段的材料改性技术为主要方法的聚烯烃改性已引起了全球范围的广泛注意和高度重视。世界各工业发达国家无不把新材料的研究与开发放在十分重要的地位。为了满足制造高精度、耐热、耐磨损、抗疲劳和抗冲击零部件的要求，对PEEK进行共混、填充、纤维复合等增强改性处理，可以得到性能更加优异的PEEK塑料合金或PEEK复合材料。如：①PEEK与聚醚共混可得到具有特定熔点和特定玻璃化温度的复合材料，核材料的加工成型性能得到改善；②PEEK与聚醚矾共混后的复合材料，在具有良好力学性能的同时，又使阻燃性能得到了提高；③在PEEK中加入专用酚醛树脂制成的材料，具有特殊的抗磨擦性能；④PEEK与聚四氯乙烯共混制成的复合材料，在保持PEEK的高强度、高硬度的同时，还具有突出的耐磨性，可用于制造滑动轴承、动密封环等机械零部件；⑤PEEK可与碳纤维和玻璃纤维等多种纤维进行改性增强，可制成高性能的复合材料、纤维增强的PEEK复合材料，具有优异的抗蠕变、耐湿热、耐老化和抗冲击性能，在PEEK中加入碳纤维或玻璃纤维，还可大幅度提高材料的拉伸和弯曲强度。
聚醚醚酮树脂具有良好的耐摩擦性能和机械性能，可取代金属作为制造发动机内罩的原材料，用其制造的轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件在汽车的传动、刹车和空调系统中被广泛采用。
某些汽车部件需要耐热型塑料，JX能源公司有两种代表性的品种，一种是液晶聚合物（LCP）“Zydar”，一种是热塑性聚芳酯，其在热塑性树脂中具有最高水平的耐热性，成型性极优（熔融粘度低、流动性好，固化速度快，成型时难发生溢料，阻燃性优，与其他工程塑料相比模量高、抗震性优），现产能为4000t/a。另有一种新开发的新型热塑性树脂，具有高滑动性（低磨耗、低摩擦系数），在高温条件下与聚醚醚酮（PEEK）相比，具有更好的滑动性，并保持与PEEK同样优良的高温机械特性，可挤出成形，适用于金属齿轮、轴承、发动机周边的滑动部件，实现轻量化。图1所示为高温条件下，其与PEEK的滑动性能与机械特性的对比。
图1 高温条件下新型热塑性树脂与PEEK的滑动性能与机械特性对比
日本聚塑料公司是全球最大的LCP生产企业，拥有1.5万t/a的缩聚产能。其产品比聚苯硫醚（PPS）具有更高的耐热性和尺寸稳定性，线膨胀系数小，流动性好，易加工成型，吸湿性低，最近在汽车部件中的应用进一步扩大。另外，最近其还开发了低发尘型和低介电常数型两个新品种，主要应用于电气、电子部件等中，可实现薄型化和轻量化。
结论
我国汽车材料技术相比国外的技术还是有一定的差距，但目前，我们已经意识到汽车材料对于环境、能源的影响，已经积极响应国家的环保政策、法律法规等。在汽车新材料今后的发展中，应该建立起产、学、研相结合的体系，加强沟通与交流，重视基础技术的研究、对汽车材料领域人才的培养，重视与国外先进技术接轨。
参考文献：
[1]高亚楠，温龙飞.浅谈汽车材料的轻量化发展态势[J].汽车工业研究，2007（3）：33-35.
[2]祝珂.铝在汽车材料中的运用及展望[J].汽车工程师，2011（8）：24-26.
[3]王建萍.汽车材料发展动态[J].汽车与配件，2014（8）：32-35.
[4]秦训鹏，华林.汽车新材料的应用现状及发展趋势[J].新材料产业，2002（12）：22-26+32.
论文作者:梁永健
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/10
标签：汽车论文; 碳纤维论文; 材料论文; 复合材料论文; 镁合金论文; 新材料论文; 汽车行业论文; 《防护工程》2019年9期论文;