近年來，隨著排放法規(guī)及油耗標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，汽車輕量化逐漸成為了一個(gè)高頻詞。尤其在各類汽車相關(guān)的論壇或會(huì)議上，輕量化幾乎無一例外地成為了討論的焦點(diǎn)。
近日，由上海凌傲咨詢舉辦的車用材料技術(shù)創(chuàng)新與智能解決方案高峰論壇，亦匯集了來自長安、吉利、長城等整車企業(yè)以及江森自控、寧波華翔、敏實(shí)集團(tuán)、佛吉亞、上海納巖等零部供應(yīng)商企業(yè)代表對(duì)這一話題進(jìn)行探討與分享。其中，幾種纖維材料在輕量化方面的應(yīng)用引起了諸多關(guān)注。
長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料
長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（LFT）是纖維增強(qiáng)聚合物領(lǐng)域的一種新型高級(jí)輕量化材料。以熱塑性樹脂為基體，以長纖維（主要為玻璃纖維和碳纖維，10-25mm）為纖維增強(qiáng)材料的熱塑性渡河材料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗沖擊熱性強(qiáng)、耐腐蝕、成型加工性能優(yōu)、可設(shè)計(jì)與重復(fù)回收利用、綠色環(huán)保等性能，并具有高的性價(jià)比和較低的密度，在汽車輕量化應(yīng)用中展示了較好前景。
LFT的機(jī)械特性與增強(qiáng)纖維的長度有著密切的關(guān)系。據(jù)上海納巖新材料科技有限公司技術(shù)總監(jiān)孫洲渝介紹，與相類似的短纖維（纖維長度約小于1mm）增強(qiáng)注塑成型熱塑性復(fù)合材料相比，LFT材料在強(qiáng)度、抗撞擊性能、能量的吸收率等方面都得到了很大提高。“這些特性也為LFT在要求更為嚴(yán)格的汽車內(nèi)外部的結(jié)構(gòu)件和半結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，成為受汽車行業(yè)青睞的主要原因之一?！?/span>
而以上海納巖新材料科技有限公司為例，就其長纖維增強(qiáng)塑料產(chǎn)品來說，其使用的聚合物包括聚丙烯（PP）、尼龍（PA6、PA66&PPA）、熱塑性聚氨酯（TPU）、熱塑性聚酯（PBT、PET）、聚苯硫醚（PPS）等；增強(qiáng)纖維包括玻璃纖維、碳纖維和金屬纖維等。據(jù)稱，該公司長纖維產(chǎn)能目前位居國內(nèi)第一。
具體來說，這一材料主要用于汽車儀表板骨架、前端模塊（水箱支架）、天窗支架、蓄電池支架、門板支架、引擎蓋、換擋器、油門踏板等。而以儀表板支架為例，其可滿足高流動(dòng)性、高剛度、低蠕變、安全性、尺寸穩(wěn)定性、輕量化等方面的要求。
孫洲渝還指出，國內(nèi)目前對(duì)短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究較多，而對(duì)長纖維增強(qiáng)的研究較少，這是因?yàn)殚L纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的成型方法受到一定的限制，但從工程應(yīng)用的角度來看，長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料有著更廣闊的發(fā)展前景。
玻璃纖維增強(qiáng)材料
早在多年前，名牌汽車便率先使用了玻璃纖維及其復(fù)合材料，如美國林肯大陸使用SMC發(fā)動(dòng)機(jī)罩、保險(xiǎn)杠、后部行李箱蓋、玻纖增強(qiáng)PET空調(diào)管、排氣門等。而今，隨著人們對(duì)汽車的安全性、舒適性、環(huán)保性以及輕量化的要求，國內(nèi)外汽車車工業(yè)則更加青睞這一材料，這基于其優(yōu)良的特性使之能夠在一些汽車半結(jié)構(gòu)制件上取代鋼材和鋁材。
具體來說，作為無機(jī)非金屬材料的一種，玻璃纖維在絕緣性、耐熱性、抗腐蝕性機(jī)械強(qiáng)度等方面表現(xiàn)尤佳，但缺點(diǎn)是性脆，耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個(gè)微米到二十幾米個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的 1/20-1/5 ，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料等。
據(jù)了解，汽車用LFT增強(qiáng)纖維通常為玻璃纖維，理論上這種玻璃纖維在制品中的比例可以達(dá)到10%～80%（指質(zhì)量比），而實(shí)際上常用玻璃纖維的比例通常為20%～40%。“作為補(bǔ)強(qiáng)材料，玻璃纖維通常被用來制造增強(qiáng)塑料或增強(qiáng)橡膠，而其自身的特點(diǎn)使之被更廣泛的而用于前端模塊、塑料油箱、車身底部護(hù)板、備胎盒、全景天窗、發(fā)動(dòng)機(jī)下板等眾多部件中?！? 蕪湖恒信汽車內(nèi)飾制造有限公司技術(shù)總監(jiān)周超群透露，綜合各主機(jī)廠根據(jù)車型選用的以塑代鋼輕量化技術(shù)，外飾上可帶來60kg以上的輕量化效果。
自然纖維復(fù)合材料
在眾多輕量化材料中，自然纖維所受到的關(guān)注似乎不及其它，然在近兩年，這一材料也越來越多地出現(xiàn)在大眾的視野。以大眾XL1這一車型來說，其內(nèi)飾件，包括通風(fēng)管道，就全部使用了木纖維。將其與大眾Polo對(duì)比，在使用木纖維之后，重量從184公斤，變?yōu)榱?0公斤，減重約57%。而除了大眾XL1之外，寶馬、奧迪、奔馳等眾多車型在門板、嵌飾板、座椅靠背、儀表板、ABC柱、行李箱蓋板等部件上也采用了這一材料。
寧波華翔自然纖維科技有限公司銷售經(jīng)理于穎斌告訴記者，常見的自然纖維包括木纖維、麻纖維、棉纖維、竹纖維等，而木纖維與麻纖維是目前使用較多的兩種，在輕量化方面有較好表現(xiàn)，這也是該公司目前所主打的兩種產(chǎn)品，其中尤以木纖維為重。“木纖維材料在汽車內(nèi)飾方面被廣泛應(yīng)用，10多年來已經(jīng)成為歐系車的標(biāo)準(zhǔn)配置?！?/span>
具體來說，木纖維在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢可總結(jié)為以下幾個(gè)方面：
一、相比傳統(tǒng)PP或ABS都能再有至少30%-50%的減重，產(chǎn)品壁厚可以在滿足同等性能的前提下做到更薄。
二、具有較高性價(jià)比，其產(chǎn)品單價(jià)基本界于傳統(tǒng)PP和ABS之間，同時(shí)有著非常好的尺寸穩(wěn)定性等內(nèi)飾件產(chǎn)品所關(guān)注的質(zhì)量點(diǎn)。
三、在內(nèi)飾件的應(yīng)用上，其安全性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越一些傳統(tǒng)材料。在發(fā)生碰撞等情況時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生碎片，可對(duì)駕乘人員起著良好的保護(hù)。
四、木纖維內(nèi)飾產(chǎn)品有著更好的吸音、降噪等卓越的NVH功能。
五、木纖維應(yīng)用的是環(huán)保的天然原材料，具備資源豐富、可回收、可降解等優(yōu)點(diǎn)。
“木纖維的應(yīng)用符合更安全，更環(huán)保，更節(jié)能的主題，VOC測試結(jié)果有明顯優(yōu)勢 ?？梢哉f，其各項(xiàng)性能測試均能滿足汽車行業(yè)要求。” 于穎斌還進(jìn)一步指出，木纖維加工精度高，同時(shí)由于其產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)與注塑件不同，因此其所使用的熱壓模具與平臺(tái)的注塑模具也略有不同，類似沖壓模。而在包覆模具方面，則可沿用傳統(tǒng)材料如塑料的包覆模具。
