全球汽車(chē)制造商都面臨著極具挑戰(zhàn)性的燃油經(jīng)濟(jì)性和溫室氣體排放新法規(guī)要求。在北美，到2025年，轎車(chē)必須達(dá)到54.5英里/加侖(每100公里4.32升)的平均燃料經(jīng)濟(jì)性(CAFE)標(biāo)準(zhǔn)要求。在歐盟，到2021年將要求輕型車(chē)輛新車(chē)二氧化碳排放量減少到95克/公里，否則會(huì)面臨數(shù)額巨大的罰款。

這些法規(guī)迫使OEM及其供應(yīng)商進(jìn)行開(kāi)發(fā)，旨在提高推進(jìn)系統(tǒng)(傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)(ICE)和替代動(dòng)力總成，如混合動(dòng)力、插電式電動(dòng)車(chē)輛和燃料電池車(chē)輛)的能效，以及大幅減輕轎車(chē)和輕量卡車(chē)的重量。

在要不斷滿足這些新效率標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，汽車(chē)制造商既不能降低車(chē)輛的安全性、消費(fèi)者舒適性/方便性或耐久性，也不能由于研究或生產(chǎn)成本高而使車(chē)輛售價(jià)超出大多數(shù)消費(fèi)者的承受能力。

盡管復(fù)合材料和增強(qiáng)塑料當(dāng)前在傳統(tǒng)轎車(chē)中所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)并不大，但專(zhuān)家預(yù)測(cè)，未來(lái)10年，聚合物材料在更多的車(chē)輛結(jié)構(gòu)領(lǐng)域?qū)⑵鸬礁蟮淖饔谩５?，為了?shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，分析工具要更加穩(wěn)定、精確，避免因部件過(guò)度設(shè)計(jì)而增加成本和重量;在薄壁斷面中材料要起更大的作用;生產(chǎn)工藝速度要更快、效率要更高，尤其是對(duì)于熱固性材料。

最近，許多工藝創(chuàng)新催生了一些著名的應(yīng)用進(jìn)步。更快的加工工藝有助于降低配件系統(tǒng)的成本，從而使聚合物材料相比鋼材和輕質(zhì)鋁、鎂具有更強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)能力。SPE汽車(chē)創(chuàng)新大獎(jiǎng)賽上最近的幾名獲獎(jiǎng)?wù)呔褪沁@些進(jìn)步的典范。

工藝進(jìn)步助推聚合物復(fù)合材料在更多的結(jié)構(gòu)部件中取代金屬，如新型Corvette Stingray車(chē)上的粘接發(fā)動(dòng)機(jī)罩和車(chē)頂總成(照片經(jīng)通用汽車(chē)公司許可使用)。

碳復(fù)合材料進(jìn)入中等批量生產(chǎn)

碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)有較大的強(qiáng)度/重量比，并具有優(yōu)異的防碰撞性能，是理想的材料。它們已經(jīng)在賽車(chē)和街道上合法使用的超級(jí)跑車(chē)中的結(jié)構(gòu)件和半結(jié)構(gòu)件中起著重要作用，不僅提高了性能，延長(zhǎng)了加油間隔時(shí)間，而且在發(fā)生碰撞事故時(shí)駕駛員具有更高的安全性。

但是，熱固性碳纖維復(fù)合材料是非常昂貴的材料，因?yàn)樵侠w維成本高，再加上生產(chǎn)工藝速度慢，一般采用真空袋/高壓釜系統(tǒng)加工預(yù)浸漬纖維(預(yù)浸料坯)，或通過(guò)樹(shù)脂熔滲或樹(shù)脂傳遞成型(RTM)工藝灌注和模塑纖維型坯。因此，CFRP材料一般僅用于對(duì)性能要求極高的場(chǎng)合(高性能跑車(chē)和超級(jí)跑車(chē))或者其高端標(biāo)志與增加的成本相匹配的場(chǎng)合。

樹(shù)脂供應(yīng)商與合作開(kāi)發(fā)公司BASF進(jìn)行了大量的計(jì)算機(jī)仿真來(lái)設(shè)計(jì)部件，部件中將織物層(由聚酰胺6預(yù)浸漬的連續(xù)玻璃纖維成型)與不連續(xù)(剪斷)的玻璃纖維和PA6基體復(fù)合模塑到一起。

采用材料加工商Reinart公司開(kāi)發(fā)的復(fù)合注塑工藝制造部件。首先，預(yù)切、預(yù)浸漬的復(fù)合材料嵌件由機(jī)械手放置到注塑模具中。之后，彈出一個(gè)紅外(IR)加熱器對(duì)冷片材進(jìn)行預(yù)熱，確保與復(fù)合模塑的短玻璃纖維/PA6具有良好的粘合性能。最后，IR加熱器返回其原始位置，模具閉合，對(duì)嵌件進(jìn)行三維成型，同時(shí)與沖擊改性短纖維PA6復(fù)合模塑，成型加強(qiáng)肋、邊緣、附屬結(jié)構(gòu)及其他連續(xù)纖維不易充填的結(jié)構(gòu)部分。

由于在脫模、修剪后，座椅底座上要安裝減振件和裝飾件，所以這種隱藏部件的外觀不重要。但是，對(duì)于一些可見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)合，如果要求有較高的表面質(zhì)量，可以采用復(fù)合模塑或聚合物薄膜。

用于電動(dòng)車(chē)電池的無(wú)VOC復(fù)合材料

為了防止電動(dòng)車(chē)輛(EV)電池在發(fā)生重大事故時(shí)損壞，通用汽車(chē)公司的Chevrolet Spark EV采用了一種無(wú)有機(jī)揮發(fā)物的復(fù)合材料電池殼體。

由于EV電池尺寸和重量較大，一般設(shè)置在后方較低的位置，所以復(fù)雜形狀的復(fù)合材料殼體(也有大的復(fù)合材料與金屬的接合處)要滿足多種極苛刻的性能要求。其中包括30°電池偏移不損壞，側(cè)面沖擊，以及車(chē)輛后部電池碰撞試驗(yàn);沿x, y, z軸的50克脈沖沖擊波;碰撞后整套裝置完整性;耐火試驗(yàn);3米跌落試驗(yàn)(底部/端部);1米水浸泡試驗(yàn)等。

為了滿足所有這些要求，據(jù)說(shuō)研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要設(shè)計(jì)新材料、生產(chǎn)工藝、模塑成型后的處理工藝，以及非破壞性測(cè)試方法。用于該場(chǎng)合的材料是玻璃布/乙烯基酯預(yù)浸料。

值得注意的是，預(yù)浸料采用了工業(yè)界首個(gè)無(wú)VOC的乙烯基酯(由Continental Structural Plastics (CSP)公司配混)，提供疊合、組裝成三維型坯，存放，之后模壓部件整個(gè)過(guò)程中所需的較長(zhǎng)使用期。

與短纖維相比，連續(xù)纖維/織物增強(qiáng)可賦予較高的機(jī)械性能;織物粗紋可保證良好的浸潤(rùn)/浸漬性能。特殊設(shè)計(jì)的疊合方式可保證能夠充填具有復(fù)雜設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的復(fù)雜斷面，電池殼體由CSP公司模壓制造，比過(guò)去的金屬殼體輕40%，而且其不會(huì)被腐蝕，不導(dǎo)電。

10年開(kāi)發(fā)：全烯烴提升式門(mén)

日產(chǎn)汽車(chē)2014年型Nissan Rogue混合型多用途車(chē)輛(CUV)經(jīng)過(guò)10年開(kāi)發(fā)的全烯烴提升式門(mén)(后開(kāi)車(chē)門(mén))就是一個(gè)通過(guò)多種材料復(fù)合，充分利用每種材料性能，高效利用增強(qiáng)熱塑性塑料的一個(gè)很好的例子。

這種粘合注塑總成的內(nèi)、外門(mén)板完全由聚合物和聚烯烴制造，所以車(chē)輛達(dá)到使用壽命后整個(gè)結(jié)構(gòu)都可以回收。

噴漆A類(lèi)外門(mén)板由利安德巴塞爾工業(yè)(LyondellBasell)具有極高熔體流動(dòng)性、高剛度、高沖擊性能、礦物填料填充熱塑性聚烯烴(TPO)牌號(hào)制造(據(jù)說(shuō)是北美首次在外部提升式門(mén)中使用這種材料)。

內(nèi)結(jié)構(gòu)門(mén)采用先進(jìn)復(fù)合材料公司(Advanced Composites, Inc)的注塑成型著色(MIC)長(zhǎng)纖維熱塑性聚丙烯(LFT-PP)制造，部件的內(nèi)表面不需噴漆，降低了成本，減少了漆排放物。兩板門(mén)由與烯烴相容的結(jié)構(gòu)粘合劑粘接。

與傳統(tǒng)的沖壓鋼結(jié)構(gòu)相比，新型提升式門(mén)重量輕30%，不僅可提高車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，而且易于開(kāi)、關(guān)(所需的力較小)，這對(duì)消費(fèi)者而言又是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。由于部件是整體結(jié)構(gòu)，廢品率低，而且注塑廢料可以重新使用，所以汽車(chē)制造商稱，外門(mén)板的原材料成本降低了35%。日立化成公司是提升式門(mén)的系統(tǒng)供應(yīng)商，門(mén)板由Magna-Decostar公司模壓。

由于新配方材料和新成型工藝降低了部件和模具的成本，縮短了成型周期時(shí)間，減輕了重量，同時(shí)增大了設(shè)計(jì)自由度，提高了部件集成度，增強(qiáng)的耐腐蝕性，且部件不易損壞，長(zhǎng)期具有漂亮的外觀，所以，正如這些榮獲大獎(jiǎng)的應(yīng)用所反映的，汽車(chē)復(fù)合材料的用量在不斷增加。

Trans Tech International公司總裁，資深汽車(chē)復(fù)合材料專(zhuān)家Gary Lownsdale解釋說(shuō)：“過(guò)去常常是工藝限制了成型周期時(shí)間和部件成本?，F(xiàn)在成型技術(shù)已經(jīng)跟上了樹(shù)脂技術(shù)的發(fā)展步伐，尤其是對(duì)于熱固性材料，發(fā)展的阻礙因素是需求快速固化的聚合物。”