胡丹丹
黑龙江鑫达企业集团有限公司 黑龙江哈尔滨 150000
摘要：现代汽车行业的发展十分迅速，汽车不仅满足人们日常的出行需求，也体现了人们的生活品位。车灯作为整车重要的零部件之一，不仅体现了整车的外观美，还影响着整车的环保化、科技化和轻量化。鉴于此，本文主要分析高分子材料在汽车轻量化领域应用。
关键词：高分子材料；汽车轻量化；应用
中图分类号：TU75 文献标识码：A
1、引言
汽车轻量化是汽车行业的一大工业革命。追求质量轻、高性能、易生产、安全环保和低成本的高分子材料是未来汽车工业发展的主导方向。塑料的应用或将逐渐大于金属材料在汽车上的应用比例。
2、汽车轻量化材料的选择
在对汽车构造进行设计上使用轻量化材料，并对汽车零件尺寸进行优化，借助整体塑形等生产工艺，能够有效减轻车辆的整体重量，促使汽车实现节能高效，降低排放污染的目标。而当前汽车轻量化技术主要研究方向就是轻金属材料，汽车制造中所使用的材料多达 4000 多种，其中约 80%为金属材料，55%为钢铁材料，而 15%为铝镁等轻合金以及铸铁，20%为塑料以及碳纤维等非金属材料。近年来，汽车制造中逐渐引入轻量化材料，钢铁所占比例有所降低，逐步开始使用铝合金等轻金属合金。汽车轻量化制造有效迎合了消费大众的需求，不仅利用低成本的钢铁以及轻合金材料混合方式降低了整车的重量，同时在高端车辆上也开始逐步使用碳纤维以及轻合金材料混合技术，虽然费用较为昂贵，但是性能也更高。有部分厂商也开始积极选择质量轻以及强度高的金属材料进行生产。
2.1、高强度钢
汽车的许多零部件都采用高强度钢进行制造，例如悬架、车身以及底牌等位置。当前阶段，开始逐渐针对中低端车辆进行轻量化处理，为维持成本不变，并保证车辆的安全性，就需要有效减薄高强度钢板的厚度，进而减轻整体车辆的重量，实现节能减排。
2.2、铝合金
相比于钢而言，铝合金的密度仅有钢的 1/3 之多，且强度以及刚度都较高强度钢差，为了有效提升汽车的力学性能，就需要积极使用新型铝合金或者增加铝合金厚度。如果力学性能相同的情况下，相比于钢铁，铝合金的减重效果能够达到钢铁的 50%，可以达到轻量化的要求。相关学者研究指出，铝合金相比于钢铁材料，能够减重达到30-60%，同时，铝合金材料也能够有效减少汽车尾气，多用于保险杠、车身覆盖件或者横梁等位置，因价格相对较高，多适用于宝马或者奥迪等高端汽车上。
2.3、镁合金
与铝相比，镁的密度仅为其 2/3，且消震性以及抗冲击能力均较强。在汽车的所有结构材料中，最轻的金属就是镁，镁也被认为是理想的轻量化材料。镁合金多使用在壳体类以及支架类的零件上，相较于铝合金，镁合金能够再减重 30%，具有较高的轻量化效果。但是，镁合金在加工上以及成本上、耐蚀性上都较差，目前仍未大范围使用。
2.4、钛合金
相比于其他几种材料，钛合金具有一定优势，不仅强度较高，且能够耐高温，使用在航空航天工业中使用。近年来，汽车轻量化发展较快，一些汽车零件生产上也开始使用钛合金，有效减轻了汽车的整体重量。
3、高分子材料在汽车轻量化领域应用
3.1、高分子材料在汽车饰件上的应用
汽车的饰件包括内饰件和外饰件。它们与汽车的功能结构件一样重要。但所不同的是，它们不仅承担着各自的功能，还是整部汽车的门面，最先进入选购者的眼帘。
（1）内饰件
汽车内饰件包括仪表板、车门内板、方向盘、座椅、顶篷、地垫、遮阳板等。内饰件用材料不但要具有减振、隔热、吸音和遮音等功能，还要具有耐热、高抗冲性、高强度及刚性、较高表面硬度、耐化学品腐蚀、耐刮擦、环保等优势。最初轿车内饰件多用金属、木材和纤维纺织品等材料，外观、质感不理想，且不环保。于是，具有多方面优势的高分子材料进入了汽车行业。目前，汽车内饰件所用的塑料量已经占到了整部车塑料用量的 50%以上。以前，用于汽车内饰件的塑料主要有 PVC、ABS、PU 等。如今，聚丙烯作为汽车内饰件的主原料发挥了巨大的优势。
（2）外饰件
汽车外饰件包括保险杠、雨刮、车灯、车玻璃、门把手、门锁等。在高分子材料兴起之前，汽车外饰件均由金属合金制成，与塑料相比，其笨重、外观粗陋、价格昂贵、不环保且易腐蚀而失去使用价值。如今，塑料行业发展壮大，其中使用塑料较多的轿车外饰件就是保险杠。保险杠是当车辆受到冲撞的时候，缓和外界冲击力，产生缓冲的装置，起到保护人与车的作用。所以要求保险杠不仅要外观与车型和谐统一，还要起到很好的安全保护作用。目前世界范围内约有 92％的保险杠是用高分子材料制成的。常用材料有 SMC、GMT 和改性 PP 等。保险杠大多由面板、缓冲材料和横梁三部分组成。其中改性 PP 成为合成面板的主力军，如桑塔纳轿车的保险杠面板就是采用的共聚丙烯加热塑性弹性体。
3.2、高分子材料在汽车功能结构件上的应用
汽车功能结构件包括燃油箱、油门离合器踏脚板、发动机部件、暖风机等。汽车功能结构件用材料要具有耐高温、耐油、耐腐蚀、耐老化、易成型加工、占地小、阻燃、质轻、成本低等优点。燃油箱是汽车中重要的安全部件之一，具有单层或多层结构，传统的钢制油箱成型困难，且工艺复杂，成本高，而塑料克服了多方面问题。一般高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯会在汽车燃油箱的材料上大量使用。但使用这种材料的油箱会出现漏油问题，因此出现了隔油性好的改性 PE 和优化的生产工艺。十几年前欧洲就已经开始使用 HDPE 燃油箱。近年来，我国也已开发出了树脂汽油燃油箱，供轿车使用。
4、汽车高分子材料今后的创新方向
4.1、低成本，高性能
在未来的汽车塑料应用中，车用塑料材料仍会以 PP、ABS 为主导。为了降低生产成本，需从同一种或几种材料上着手，这样原材料单一，方便寻找更简易可行的生产工艺，同时也方便了废旧塑料的回收处理。为了提高性能，需对大量原材料进行改性、复合，生产出目前较有发展空间的、高性能的复合材料、工程塑料等。
4.2、安全环保
如今汽车工业发展迅速，每年有大量的塑料制件被应用在汽车上，同时也产生了大量的塑料废品，几乎占到了塑料产量的一半。目前生产出的塑料回收再利用性差，可降解性也差。随着世界环保意识的增强，高分子材料也朝着安全环保的方向去发展，这对于高分子材料来说是一大挑战，因此加速“新塑料”的发展十分重要。生物塑料具有可降解性，给未来汽车工业的发展带来了很大的希望。如可用天然纤维与 PP、PE 等原材料进行共混改性，来生产汽车制件，其性能不亚于玻璃纤维增强材料，且更轻、更便于回收，满足当今汽车工业的发展要求。塑料制件全部生物化指日可待。
4.3、发展新兴材料和技术
目前，工程塑料是塑料行业的一大支柱，它凭借着比普通塑料强度高、耐腐蚀、不易老化等高性能推动了各行各业的迅速发展，尤其是汽车行业。高分子合金是工程塑料衍生出来的一种新兴材料，性能更优，不仅可以提高材料的可加工性，还能在满足高性能的同时减轻重量，降低成本。 纳米技术迅速发展，并逐渐进入塑料行业。其力学性能优异、耐热、阻燃、耐老化等，还有传统的材料不具有的附加性能：防辐射、抗菌等。目前，高分子纳米复合材料在碳纳米管/高分子复合材料、纳米粒子对聚合物改性等方面有了很大进展。国外的一些公司已经生产出了高性能的纳米复合材料，并应用于汽车零件上。
5、结束语
高分子材料作为一种综合性能良好的材料已广泛应用于汽车制造，尤其是近些年来很多研究者将高分子材料应用于汽车车灯的制作。由此可见，本文的研究也就显得十分的有意义。
参考文献：
[1]梁瑞雪,赵鑫,罗莹,左继成.高分子材料在汽车轻量化领域应用现状概述[J].辽宁化工,2016,45(06):736-738.