盘点2017丨碳纤维复材、镁合金、塑料等材质在汽车轻量化实现了哪些突破？

摘要

近两年，汽车轻量化成为全球汽车发展的重要趋势，旨在提高燃油经济性和环保性。轻量化途径包括结构优化、新材料应用和先进制造工艺，其中关键措施是采用轻质材料，如高强钢、镁合金、碳纤维复材和塑料。2017年，汽车轻量化领域取得多项重大突破，包括旭化成开发的高强度纤维复合材料、日本研发的碳纤维增强热塑性复合材料汽车底盘、朗盛Tepex材料在汽车后座系统的应用、丰田普锐斯采用的碳纤维片状成型料等。此外，高强度镁合金件、高强钢的研发、保时捷推出的全碳纤维塑料车轮以及国内车企成功研发的塑料尾门板等，均为汽车轻量化贡献了新技术和新材料。这些进展不仅减轻了汽车重量，还提升了汽车性能，对汽车行业的可持续发展具有重要意义。

正文

近两年，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

汽车轻量化是指在保证汽车安全性的前提条件下，对汽车产品进行优化设计，或者使用新材料在确保汽车综合性能指标的前提下，尽可能地降低汽车产品自身重量，达到减重、降耗、环保、安全的综合指标。

据实验研究表明，汽车质量每下降10%，可带动油耗下降8%、污染排放减少4%，因此汽车轻量化能够兼顾提高燃油经济性和环保性的双重目标。

汽车轻量化的途径主要有三个：结构设计的优化、采用轻量化的材料、先进制造工艺。其中，汽车轻量化主要措施则是采用轻质材料。汽车轻量化目前使用的材料主要有：高强钢、、镁合金、碳纤维复材以及塑料。

如何将汽车“轻量化”概念引入到现有的冲压生产线，是目前亟待解决的问题。今天，新材料在线®就从材料和结构着手为大家盘点2017年汽车轻量化有哪些重大突破，以及解决哪些技术上的难题？

碳纤维复材：碳纤维是有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的，一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。

旭化成公司将树脂混入纤维，开发出具有高强度及轻量化之纤维复合材料，计划正式进军车用材料市场。据称该项复合材料与相互竞争的钢材比较，强度高3-4倍，重量最多可减轻一半，且价格可压低至与钢材相当，预计2019年即可实用化。

日本新能源产业技术综合研发机构（NEDO）与新结构材料技术研究联盟成员单位之一的名古屋大学国立复合材料研究中心成功研发了世界首个碳纤维增强热塑性复合材料汽车底盘。NEDO目标将本次发表的技术成果与其他结构材料的研发相结合，研究多元化材料技术整合异种材料，推动汽车的轻量化发展。

欧洲一家汽车制造商在其越野车的后座系统中采用朗盛Tepex dynalite连续纤维增强热塑性复合材料，意味着朗盛正式进军汽车内饰领域。该制造商在车辆后座中间安装了负载，实现了座位靠背的独立折叠。“这款复合材料可应用到后座系统轻量化设计领域，并具有批量生产应用的巨大潜力。”

三菱丽阳公布，新款丰田普锐斯插电式混动车采用其碳纤维片状成型料，用于制作后舱车门的门框。片状成型料是一种热固性短切纤维复合材料。由MRC研发的SMC是一种碳纤维增强塑料的中间产物，也是一种碳纤维片状原材料。该SMC的力学性能分布较为均匀，工程师们可借助当前的零部件设计技巧来运用这类碳纤维材料，用于制作分量更轻、强度更高的部件。该产品能够大幅减轻了车身重量、部件性能卓越、成型性出色，能够生产外形复杂的部件，其生产效率足以为量产车型制造部件。

镁合金：镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，是目前商用的最轻的金属结构材料。采用镁合金可在使用铝合金的基础上再减轻15%-20%。

日本国立物质材料研究所的研究团队与国立长冈技术科学大学共同研发了新款高强度镁合金板，或将制成工业级锻造合金。该款镁合金的强度比铝合金高，其仅用到常见的金属材料，未来或将成为一款低成本的轻量化车用薄板。若能将其应用到板状合金，预计将对汽车行业产生巨大的影响。

7月1日，福建坤孚股份有限公司隆重举行——中国首辆12米镁合金客车车身骨架交付仪式。该镁合金车身骨架重仅0.8T，轻量化达50%以上。对这次福建坤孚与银隆客车一起相应全球布局，加大对汽车轻量化的投入，完成了镁合金车身骨架的研发，并联合主机厂将镁合金车身骨架推向市场。

高强钢：高强度钢是指冷轧340MPa、热轧490MPa以上的钢。钢的强度越高，减重效果越好。相对于传统的340MPa的材料,600MPa级的钢种在理论上的减重潜能大约为20%，800MPa的材料减重潜能会提高至30%以上。

东北大学教授许云波团队研发的高强塑积汽车钢在河钢唐钢高强汽车板连退生产线成功下线，力学性能全部达到指标可为汽车减重10%-20%。这标志着我国首次在以“较低冷却速率和一步过时效处理”为特征的传统连续退火生产线上成功研发具有优异力学性能的第三代汽车钢。

AK 钢铁公司对外宣布，其研发的创新性新一代高强钢NEXMET™ 1000 和1200样品现已交付给多家汽车客户进行评估。NEXMET 440EX是AK钢铁公司该系列高强钢中推出的首个新钢种，将提供更高的强度、更好的延展性（延伸率）、更优良的成形性，满足汽车车身和结构件轻量化的应用需求。

改性塑料：改性塑料，是指在通用塑料和工程塑料的基础上，经过填充、共混、增强等方法加工改性，提高了阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等方面的性能的塑料制品。

保时捷推出了一款纯碳纤维增强塑料车轮，车轮的中心采用交织性的碳纤维织物生产而成，通过200多个单独的部件切割、组装而成。该复合材料车轮重达19英镑，比同等铝合金车轮轻20%，但保时捷同时也表示该车轮的坚韧度也比同等车轮高出20%。高强度和轻量化的结合能够大幅度得提高车身性能，让加速和制动表现更好。

汽车制造商奇瑞推出的eQ1电动汽车尾门板内部结构，采用沙特基础工业公司(SABIC)的工程聚烯烃材料，实现减重40%。SABIC的这款STAMAX树脂为长玻纤填充聚丙烯(LGFPP)。与钢材相比，这种低密度材料可以在减轻内尾门板重量的同时，实现所需的刚度。