随着时代的进步，现代科技的高速发展与汽车的迅猛发展，新材料和新工艺的不断进步，时下人们对现代汽车提出一系列更高的要求：舒适性、安全性、环保性和美观性等方面。在这种背景下，汽车的轻量化、节能降耗、低成本化已经成为了汽车工业设计的主导。而汽车的轻量化除汽车车身应用轻量化的钢材以外，在占据汽车重量一大部分的内饰件应用轻量化树脂材料也是汽车轻量化研究的重要部分。本文就汽车内饰件应用轻量化树脂材料进行阐述，以期对轻量化树脂材料在汽车内饰中的推广应用起到较好的促进作用。

    1、轻量化汽车设计的概要与树脂基材料在汽车的应用：

    首先，汽车轻量化是节能和降低排放的重要方法和途径，使用塑料能有利于减轻汽车重量，从而间接提高汽车动力性。据相关统计研究，每百公里油耗y与汽车自身重量x的关系为：y=0.003x+3.3434,也就是说，对一般汽车而言，汽车自重减轻10%，可节油6%—8%，由此可见汽车轻量化对于节约能源具有重大的意义。轻量化是当前汽车工业的发展方向，树脂基材料开发与应用技术的创新是汽车轻量化的关键所在，这主要表现在两个方面 : 一是新型高强度或 （和） 低密度轻质材料的开发和轻质零件的制备，用其取代传统钢铁零部件， 可以大大减轻汽车自重，如高强度钢、铝、镁合金等金属材料以及高分子材料和复合材料等；其二是采用新的成形工艺实现零件及车身部件结构的简化和轻型化，节约生产材料、提高工作性能。

    汽车轻量化，是指在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地减轻汽车的整车质量，首先要从汽车的结构的合理设计开始。现代汽车的设计，几乎全部应用CAD/CAE/CAM分析技术，可利用FEA有限元分析功能来分析零部件的结构的运动轨迹、应力分布，并对生成的相关应力图进行工程分析与刚度、强度计算，对局部进行优化既强化设计，达到整车质量轻量化与最强、最安全的整车结构设计的目的。

    汽车轻量化常用材料有：高强度钢、铝镁合金、塑料及聚合物材料、树脂基复合材料、碳纤维符合材料、玻璃纤维复合材料等。虽然钢材在汽车结构设计中有着不可或缺的地位，但由于其自身密度大的缺点与随着对树脂材料、塑料及聚合物材料的研究与开发，“以塑代钢”已成为汽车工业发展的必然趋势，并从汽车结构件扩展到整个汽车的内外饰件。

    汽车内饰件包括仪表板、车门内板、方向盘、座椅、顶篷、地垫、遮阳板、储物盒、烟灰缸等，另外还有一些附属设备如音响、空调、通信、电视、照明灯具等；汽车外装件，包括保险杠、散热器格栅、侧防撞条、后导流板、各种车用灯具、车用玻璃，以及车门把手、雨刮、门锁等车身附件。这些内外饰部件的功能、形状和结构各异，将它们有机地组合在一起，形成一个统一、协调、美观的内外饰系统。其中的很多部品使用的材料均为塑料类材料，目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120千克/辆，个别车型还要高，德国奔驰高级轿车的塑料使用量已经达到150千克/辆。国内一些轿车的塑料用量也已经达到90千克/辆。图1表示汽车内饰件材料应用的现状。
 

    图1

    2、树脂基复合材料的组成与分类

    树脂基复合材料是以合成树脂为基体，以纤维为增强材料，在一定温度、压力作用下，经成型技术塑造成不同形状制品的一种新型复合材料。与钢铁材料、铝合金等传统材料相比，树脂基复合材料具有重量轻、比强度高、耐腐蚀、减振性能好、可设计性强、易于加工等优点，随着对树脂基材料的进一步研究与开发，其在汽车工业中的应用越来越广泛，并成为了汽车上重要的轻量化材料，树脂基复合材料越来越多地取代了传统的金属材料。

    树脂基复合材料主要组成是树脂基体和纤维增强材料。树脂基体包括热固性树脂和热塑性树脂；增强纤维材料常用的有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等。树脂基复合材料按基体可分热固性复合材料和热塑性复合材料，其性能与树脂基体有密切关系。

    2·1热固性树脂与热塑性树脂的特点：

    热固性树脂初加热时软化，可塑造成型，但固化后再加热时将不再软化，也不溶于溶剂。常用的热固性树脂有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚醋树脂和有机硅树脂等。热塑性树脂加热时会软化和熔融，可塑造成型，冷却后即成型并保持即得形状，这一过程具有重复性。应用较多的热塑性树脂是：尼龙、聚烯烃类、聚苯乙烯类、热塑性聚醋和聚碳酸醋等。而车用复合材料的树脂基体，目前仍以热固性树脂为主，但热固性复合材料的缺点是废弃物回收再利用困难。随着国际社会对环境保护的要求越来越高，热塑性树脂基复合材料越来越受到人们的关注。与热固性树脂基复合材料相比，热塑性树脂基复合材料有许多优点。例如断裂韧性高、成型过程中无化学反应，因此成型速度快，成型周期短；预浸料可以无限期存放，且对存放无特殊要求，易于回收再利用，不环境污染；能够实能够实现快速、无污染、自动化生产。

    2·2树脂基复合材料在汽车上的应用：

    在汽车用树脂基复合材料中较典型的是用玻璃纤维和碳纤维增强的复合材料。玻璃纤维增强塑料复合材料 （GFRP）在我国俗称“玻璃钢”，它具有强度高、工艺性能好、价格低等特点，可用于制造保险杠、发动机罩、挡泥板，甚至于整个车身壳体。汽车上常用的玻璃钢有：聚苯乙烯玻璃钢、尼龙66玻璃钢、聚醋树脂玻璃钢等。随着原材料的发展与工艺上的改进，在汽车中大量应用玻璃钢/复合材料将是今后汽车工业发展的必然趋势。

    碳纤维增强塑料 （CFRP） 是汽车轻量化最理想的材料，表1为主要复合材料增强项物理性能比较。从表1看出，高强钢筋、玻璃纤维、碳纤维三种材料的比强度（抗拉强度/ 表观密度）分别是23,101,272，其中碳纤维最高。
 

    树脂基复合材料在汽车上用途广泛，可用于制造汽车外板、汽车结构件\内外饰件、发动机及发动机周边部件等。应用范围由内饰件、覆盖件向外装件、结构件和功能件发展。传统的车身材料通常采用高强度薄钢板，为了减轻汽车自重，采用树脂基复合材料代替钢材，已成为汽车材料应用发展的必然趋势。通用公司早在1953年就推出克尔维特（Corvette）牌全塑车身的轿车，除翼子板用尼龙注射成型外，所有壳体都是用玻璃纤维增强塑料 （FRP） 压铸模塑成型的。到1980年已有65% 的美国轿车采用玻璃钢片状模塑料作前脸和散热器护栅板[7]。目前树脂基复合材料已被广泛应用于车身结构件（如骨架、梁、柱等）、覆盖件（如前脸面罩、前翼子板、发动机罩、顶盖、车门、行李箱盖、后侧板等）以及保险杠、油箱等车身部件：包括车身壳体、车蓬硬顶、天窗、车门、散热器护栅板、大灯反光板、前后保险杠等以及车内饰件。这是玻璃钢／复合材料在汽车中应用的主要方向，主要针对适应车身流线型设计和外观高品质要求的需要，目前开发应用潜力巨大，应用范围局广，包括结构件：前端支架、保险杠骨架、座椅骨架、地板等，主要使用高强SMC、GMT、LFT等材料；功能件：发动机气门罩盖、进气歧管、油底壳、空滤器盖、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇叶片、风扇导风圈、加热器盖板、水箱部件、出水口外壳、水泵涡轮、发动机隔音板等，其主要特点是要求耐高温、耐油腐蚀，以发动机及发动机周边部件为主，主要工艺材料为：SMC／BMC、RTM、GMT及玻璃纤维增强尼龙等。表2 为树脂基复合材料在车身相关部件上的应用。
 

    结束语：尽管目前树脂基塑料作为重要的汽车轻量化材料已大量应用于汽车工业中，其应用范围由汽车内装饰件、覆盖件向外装件、结构件方向发展。热塑性复合材料因为性能优异，废料可回收利用，不污染环境成为车用树脂基复合材料的重要的发展方向[8]。但由于受限于对其的研究与开发水平，成型工艺、部件结构开发的限制，树脂基材料在整车的比重还有待提高，树脂基材料在汽车上的应用于对汽车轻量化的贡献只是走出了艰难的一步，后面的路程漫长而遥远，任务艰巨。由于塑料的特性限制，其本身强度比金属材料的强度差，一般情况下，车用部件的塑料化要随之增加零件壁厚与相应的结构复杂化，因此今后有待开发出既便宜又有高强度的塑料是未来汽车轻量化与塑料化的主要攻坚方向。

责任编辑：李玲珊

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