浅析车用非金属材料的发展

【摘 要】由于非金属材料比重小，制件生产率高，材料利用率高，因而扩大非金属制品在汽车上的应用，相对地提高了汽车载重量利用系数，节约了能源消耗，并对提高汽车的可靠性、安全性、舒适性、经济性也是至为重要的。

【关键词】非金属材料；汽车；应用；探讨

1.商用车非金属材料的使用趋势

非金属材料的使用除了性能要求和工艺要求等客观 条件，还受到材料使用趋势等影响。这种趋势往往会形成强制的要求。目前在商用车用非金属材料中，下面几个趋势正在成为现实。

（1）新材料的应用

新材料的应用决不是对原有材料的简单替代，而是一个涉及技术、经济、安全、环境等方面的复杂系统工程；涉及从材料开发到零部件优化设计和检测技术、先进制造技术、材料回收与再生技术、零部件维修技术等一系列关键技术的提升与应用。机械科学研究总院李亚 新院长也曾经指出，在汽车轻量化方面，新型材料的应 用很关键，汽车节油有37%靠材料的轻量化，40%靠发动 机改进，而材料性能的提高对发动机的改进影响很大。

（2）材料统一性

这种统一包括摹础材料和填料使用类型统一，用来 方便回收增值。目前，内饰用塑料材料已经向着聚烯烃 材料的方向统一，主要是改性PP、PE材料、聚烯烃弹性 体等。外装材料目前仍然有多种材料在不同的车型中使 用，目前主要的使崩品种为改性PP、SMC、ABS类等。车 用材料的同收已经成为一项法规性项目，塑料材料由于 回收方便，可以在这方面做出一定贡献。

（3）材料环保性

目前，由于内饰附件已经基本塑料化，非金属材 料在加工装配过程和使用过程中，会挥发出大量的有机物（V0c）。

（4）降低材料成本

2.发展方向

（1）实现汽车轻量化

汽车轻量化的月的是减轻自重。汽车整备质量减轻10%，燃油可减少8.5%，汽车有效功率的分配会更有效，有利于汽车动力性和经济性的提高。而台理采用非金属材料应用于汽车结构材料是汽车轻量化的重要途径之一。以塑料的使用为例，汽车塑料的用量是衡量一个国家汽车生产技术水平的标志之一。近30多年来，国际上汽车塑料的用量在不断增加（如图1所示），平均每辆车上塑料的用量从20世纪70年代初的50～60kg已发展到目前的150kg，而且增长还在继续。在日本、美国和欧洲等发达国家中，每辆轿车平均使用塑料已超过150kg，占汽车总重量的10%，表中数据反映了欧洲汽车对塑料的应用情况。目前，我国每辆轿车塑料用量平均为100kg，占总重量的8%左右，达到国外20世纪80年代中期的水平。

塑料之所以得到日益广泛的应用，与其优良的性能特点有关。塑料按用途分为通用塑料和工程塑料，工程塑料又称高功能塑料，它不仅可代替通用塑料，还可代替金属材料。在汽车上常用的塑料、工程塑料共有20多种，它们都具有质量轻、比强度高、化学稳定性好、绝缘性好、吸振和消声效果好、成型自由、良好的图案设计性和自润性等性能特点，但塑

基于以上特点，塑料主要应用于汽车内饰和外饰零件上，而在功能件、结构件、高强度零件、外部件上的应用受到限制。为开拓塑料的应用范例，实现汽车轻量化，采用纤维增强的复合材料成为扩大塑料应用化的必然趋势。

（2）参与汽车智能化

汽车作为新技术密集程度最高的产品之一，它拥有的诸如电子燃油喷射系统、自动导航系统、ABS防抱死装置、自动变速器、电子防滑系统等具有自检测、自判断、自指令、和执行的能力，它通过电信号、磁信号、光信号等信息的工作.能主动感知、响应周围环境和工作条件给予的信息，在计算机的帮助下，产生反馈.完成汽车更高的功能要求。达到一定的智能，而非金属材料在汽车智能化进程中，起着不可或缺的作用。

功能陶瓷就是应用于传感器的一种非金属材料，以氧化锆传感器为例，其工作原理是利用氧化锆管（ZrO2中固溶少量氧化钇Y2O3的试管形成固体电解质元件），感应汽车排出的废气。使执行机构重新调节喷油量，获得最佳空燃比，从而降低排放污染。

（3）维护汽车过程化

汽车发展的起点是机械产品，由于汽车市场的巨大求，要求汽车制造商不断改进产品质量，提高汽车的使用性能，于是.电子技术、化工技术、计算机技术源源不断地渗透，使汽车得以更新换代.同时，汽车由汽车产品市场的竞争扩展到汽车后市场的竞争。汽车毕竟和纯粹的电子、化工产品不同，由于汽车要运动、发生位移的特点.使汽车必须基于剧烈的机械运动，这就需要维护、保养，使汽车始终处于怠好的技术状态。汽车非金属材料中的剂、汽车养护用品在为汽车后市场提供的服务中取到举足轻重的作用。

（4）材料选用环保化

2015年全世界汽车保有量接近12亿，汽车在方便了人们的生活的同时也带来了汽车排放，回收等环保问题。

汽车报废材料的回收是一个相当重要的环境问题，以日本为例，在每年需要处理的500万废汽车中，有75%的材料可回收利用（包括再使用零件），其余25%是塑料、玻璃、橡胶等非金属材料.只能通过粉碎后埋掉。为尽可能减少废材料垃圾，各国正积极地制定有关政策，促进废材料的回收，特别是废塑料，它占废材料总重量的30%.总体积的50%，所以德国规定制造商必须达到回收25%汽车用塑料的技术要求，促进汽车塑料回收技术的发展。

汽车保险杠、汽车座椅和仪表板是汽车塑料的主要部分。回收汽车保险杠用聚丙酯或聚氨酯材料，先采用机械法或物理法、化学法等剥离技术清除保险杠表面涂层.然后经清洗、粉碎、成型加工成再制品；回收汽车座椅用聚氨酯泡沫塑料经粉碎、加粘合剂、加压成型为所需制品；汽车仪表板为方便回收利用，一些欧洲汽车厂家采用热塑性弹性体（TPO）取代不利于回收利用的聚氯乙烯（PVC），或者直接采用聚氨酯树脂、聚烯烃弹性体单一材料的仪表板，回收利用很方便。

总之，各种显示屏感应装置的应用对非金属材料的发展起到了促进作用，同时一些高科技新型材料也被运用到汽车上，如碳纤维陶瓷等。人们在追求轻量化，环保，经济，高强度的趋势下正在广泛地研发新的非金属材料。