汽车轻量化你真的了解吗？解读8大部件材料替换趋势

汽车轻量化不是什么新鲜的名词，但却是在近两年被提及的越来越频繁。如何进行汽车节能减排，同时保证车辆安全性能等已成为现代汽车行业的热门话题，也成为汽车厂、材料厂等企业面临的一个重大挑战。今天，我们来了解了解汽车轻量化以及汽车轻量化材料的开发与应用。

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为何汽车轻量化炒得如此火？

汽车轻量化——在满足油耗、兼顾成本的前提下，尽可能降低整车重量。

为什么要轻量化？

▲汽车轻量化的背景

若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车重量降低1%，油耗可降低0-7%；汽车整备质量每减少100千克，百公里油耗可降低0.3-0.6L。

另外，世界各国政府近年来都制定了机动车排放标准，并逐年增加难度。拿中国来说，到2020年，我国乘用车行业燃油限值要从2015年的6.9L/百公里降至5.0L/百公里，年均降幅达6.2%左右，否则将予以停产、限产等五项严惩措施。轻量化已经成为汽车主机厂迫切的需求。

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汽车轻量化的主要途径

汽车轻量化技术可以分为三个主要方面：结构优化设计、轻量化材料应用和采用先进制造工艺。其中，采用轻质材料是当前的主流。

▲汽车轻量化的主要途径

结构优化设计

• 等强度设计(用足设计极限)

• 形状拓扑优化

• 集成化设计

新材料应用

• 轻质材料

• 高强钢

• 轻合金

• 复合材料

轻量化制造工艺

• 激光拼焊板（TWB）

• 连续变截面板（TRB）

• 空心连续变截面钢管（TRT）

• 自冲铆接（SPR）

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轻量化材料发展现状

轻量化材料指的是低密度、高强度，在整车上应用后可提升单位面积承载质量的材料，最常用的如高强钢、轻质合金(铝合金、镁合金等)、非金属材料等。今天，我们主要讲讲非金属材料。

▲塑料在汽车上的应用（摄于LG化学展台）

在底盘和动力总成中应用非金属材料约75kg，其中塑料约30kg，橡胶约45kg。在发动机罩内外板、前保险杠、翼子板、后防撞梁、车内门板、行李箱盖、仪表板和后风窗玻璃等车身零部件上非金属材料也有着非常广泛的应用。

01 改性塑料

改性塑料是最重要的汽车轻质材料，不仅可以减轻零部件约40%的质量，还可以使采购成本降低40%左右。汽车用塑料量约占塑料总消耗量的8%左右，约占汽车总重量的10%，主要的品种有PP、PU、ABS、PS、SAN、SMA、PVC、PE等。

表1 汽车配件塑料化的轻量化情况

表2 汽车内饰件中常用的塑料

▲LFT在汽车上的应用

02 碳纤维复合材料

▲碳纤维在汽车上的应用

以碳纤维复合材料为重点突破口，从基础研究和数据积累做起，从少量选装套件做起，逐步向车身覆盖件、结构件、功能键延伸。

基础研究和数据积累：已经初步对汽车用CERP材料开展研究，包括碳纤维和树脂材料牌号的选择、评价体系、CAE分析用基础数据的收集等等。

零部件的研发和生产：未来先推出极富现代感与动感的碳纤维选装套件，为消费者提供个性化、定制化服务。再逐步向车身覆盖件、结构件、功能件延伸。

▲碳纤维在汽车上的应用

表3 减重信息表

03 天然纤维复合材料

▲木纤维制件

所谓自然纤维，指的是自然界中存在的，或者经过人工培育的植物或动物身上直接取得的纺织纤维。木纤维和麻纤维也是目前在汽车轻量化技术中使用较多的两种自然纤维。虽然都是自然纤维，但是这两种材料区别还是挺大的。

木纤维：80%的木纤维与20%的复合纤维制成的纤维毡（在热模中成型，属于热固型材料），比塑料轻40%左右，加工完成后非常稳定，不会有尺寸的改变或开裂等情况的出现，对于石油等不可再生资源的依赖性小。

麻纤维：50%麻纤维与50%复合纤维制成的纤维毡（在冷模中成型，属于热塑型材料），比塑料轻20%左右。

自然纤维主要是用在车辆内饰件上，其优势表现在，相比于塑料更轻。

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汽车8大部件材料替换趋势

表4 汽车轻量化材料性能对比

表5 汽车8大部件材料替换最新趋势

应用零件

现用材料/工艺

开发材料/工艺

尾门

钢板

塑料

发动机盖板

钢板

铝材

前端模块

金属型材-焊接

PP长玻纤-注塑

立柱下/门槛饰板

PP-T20

高结晶PP/PE

内外饰非外观塑料件

传统塑料注塑

化学微发泡注塑

仪表板骨架、门板本体等

硬质塑料

木纤维板材及成型

发动机美化罩盖

PA+GF塑料

PU自结皮发泡

风道分管

HDPE塑料

PE发泡

虽然轻量化材料的确能降低汽车的整体重量和碳排放量，但也大大增加了汽车的成本。对材料企业而言，核心的竞争力来源于在轻量化的同时把成本做到最低。行业里还有一句共同认可的话是：“合适的材料、合适的工艺在合适的时间用在合适的零件上”，这是在推动轻量化技术应用中可参考的一个原则。

部分素材参考上汽乘用车材料工作介绍

艾邦高分子整理

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