相比傳統(tǒng)鋼材，汽車塑料在輕量化、提升造型設(shè)計(jì)自由度、降低成本上優(yōu)勢(shì)明顯。在非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件處使用塑料，既不用擔(dān)心提高塑料件強(qiáng)度的問(wèn)題，還能獲得以上提到的諸多優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)今環(huán)境和燃油問(wèn)題的迫使下，各車企開(kāi)始重視塑料件的使用。比如大眾率先全系采用集成了水箱、散熱器、風(fēng)扇的塑料水箱框架，雪佛蘭更是在上世紀(jì)50年代率先使用SMC材料用作車身覆蓋件。

在過(guò)去30年間，汽車的塑料用量己從20世紀(jì)60年代初的10kg左右上升到21世紀(jì)初的 200kg量級(jí)。亞太地區(qū)是最大的汽車塑料市場(chǎng)，其表現(xiàn)也一直備受關(guān)注。目前中國(guó)各類車型汽車使用塑料達(dá)到了每輛130～160kg，相比2010年（70kg）已經(jīng)有了顯著提高，但與汽車強(qiáng)國(guó)，如德國(guó)（300kg）相比還有差距，這也說(shuō)明，亞太地區(qū)還有長(zhǎng)足的進(jìn)步空間。

塑料使用區(qū)域分類

現(xiàn)今汽車塑料的應(yīng)用主要分為：功能結(jié)構(gòu)件、內(nèi)飾件、外飾件三類。針對(duì)不同類別，塑料件的特性和使用功效各有不同。

功能結(jié)構(gòu)件中，塑料能提高耐腐蝕度、耐磨度、表面光滑度和減重效果。比如采用改性塑料并通過(guò)AIM工藝制備的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管，相比傳統(tǒng)的鑄鐵、鋁件有很多優(yōu)點(diǎn)：

1）與鑄鐵和鋁相比，重量減少40%；

2）內(nèi)壁光滑，有利于提高進(jìn)氣充量；

3）良好的抗化學(xué)性，有效提高其使用壽命。

此外，寶馬公司還曾在微型底盤汽車的前端部件系統(tǒng)中，使用比例近30%的玻璃纖維增強(qiáng)PP材料，除降低成本外還可減少近30%的部件質(zhì)量。

在外飾件上，塑料可減輕車重、降低維護(hù)成本并提高車身造型的自由度，一體成型的塑料尾門一度成為熱潮，比如1982款雪鐵龍BX，就在尾門上使用了BMC（不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料）材料，此后如1996款沃爾沃V70、2002款梅甘娜II、2007年馬款自達(dá)5、2011年標(biāo)致508的旅行版、2014款DS6等都有使用塑料尾門。

在內(nèi)飾件上，塑料則能降低成本，提高環(huán)保、舒適性和安全作用。由于塑料良好的包容性，部分品牌車門還會(huì)采用天然纖維和PP熱壓制作，有效減輕車門重量、降低成本和隔音能力。另外纖維還能大大提高門內(nèi)板強(qiáng)度，并在激烈碰撞中通過(guò)材的自行粉碎吸能，保護(hù)車內(nèi)乘員安全。

塑料在內(nèi)飾上的作用不限于此，比如優(yōu)秀的座椅離不開(kāi)舒適性，現(xiàn)今汽車彈性減震部分大都使用軟質(zhì)PU模塑泡沫塑料。考慮到塑料易成型的特點(diǎn)，利用得當(dāng)還能增大車內(nèi)空間，這直接促成了車門內(nèi)板與扶手一體化設(shè)計(jì)的流行。

下表列舉了主要汽車塑料件的使用情況，塑料件在汽車上的分量要比我們想象中大得多。

主要汽車塑料件的使用情況

類別

汽車塑料制品

功能結(jié)構(gòu)件

氣門室罩蓋、冷卻風(fēng)扇、燃油箱、散熱器水室、油泵殼體、進(jìn)氣歧管、前大燈組件、速度表、配線、蓄電池、音箱

內(nèi)飾件

儀表板、雜物箱、雜物盒、煙灰盒、方向盤、立柱裝飾、扶手、車門、地板護(hù)板、手套箱

外飾件

保險(xiǎn)杠、側(cè)防撞條、散熱器格柵、保險(xiǎn)杠、擾流板、擋泥板、擋泥板襯板、車門把手

就汽車塑料使用率看，乘用車中的塑料部件占車身總重量的比例平均在8%~12%，但應(yīng)用于外飾件的比例僅占車身總重的1%~2%，內(nèi)飾件占比最高，大約在5~8%。所以大趨勢(shì)上，外飾件和功能結(jié)構(gòu)件的塑料化將成為下一步重點(diǎn)發(fā)展方向。

比如采用旋塑工藝的全塑車身結(jié)構(gòu)，能夠減重近60%的車身重量，這是傳統(tǒng)材料和工藝不能企及的高度，不過(guò)由于強(qiáng)度不足，現(xiàn)今全塑車身主要被使用在低速電動(dòng)車領(lǐng)域。

常用車用塑料分類

除使用區(qū)域分類外，常用塑料的功能及應(yīng)用也是我們不可忽視的。以下我們從材料屬性上列舉了現(xiàn)今汽車常用塑料的使用部位及其特點(diǎn)。

1）聚丙烯（PP）

由丙烯單體制成的飽和加成聚合物，堅(jiān)固耐用，對(duì)許多化學(xué)溶劑、堿和酸具有異常耐受性。

應(yīng)用：汽車保險(xiǎn)杠、電纜絕緣、氣罐、地毯纖維。

2）聚氨酯（PUR）

物理性能優(yōu)秀，包括韌性，柔韌性和耐磨損性和耐溫性。比如其高承載能力以及出色的抗天氣、臭氧、輻射、油、汽油和大多數(shù)溶劑的能力就是汽車急需的。

應(yīng)用：柔性泡沫座椅、座墊、輪胎、汽車懸架襯套。

3）聚氯乙烯（PVC）

良好的柔韌性、阻燃性、熱穩(wěn)定性，高光澤度、易成型。

應(yīng)用：汽車儀表板，電纜護(hù)套，車門。

4）ABS

光澤度高、不透水，低溫彈性良好。包容度強(qiáng)，可以進(jìn)行各種改進(jìn)以改善耐沖擊性、韌性和耐熱性。

應(yīng)用：汽車車身部件，儀表盤，車輪罩。

5）聚酰胺（PA，尼龍6/6，尼龍6）

尼龍6/6是一種通用的尼龍，可以模制和擠出。有機(jī)械性能良好、耐磨、成本低。

應(yīng)用：齒輪，襯套，凸輪，軸承，耐候涂層。

6）聚苯乙烯（PS）

熱性能良好、防水防潮、質(zhì)輕硬度高、價(jià)格低廉且易加工成型。

應(yīng)用：設(shè)備外殼，按鈕。

7）POM（聚甲醛）

POM具有優(yōu)異的剛度，剛度和屈服強(qiáng)度（這些性能在低溫下也很穩(wěn)定）。

應(yīng)用：內(nèi)飾和外飾，燃油系統(tǒng)，小型齒輪。

8）聚碳酸酯（PC）

具有優(yōu)異的耐候，蠕變，沖擊，光學(xué)，電學(xué)和熱學(xué)性能。

應(yīng)用：保險(xiǎn)杠，前照燈鏡頭。

9）丙烯酸（PMMA）

迄今為止合成透明材料中質(zhì)地最優(yōu)異，價(jià)格又比較適宜的品種，透明度優(yōu)良，有突出的耐老化性，工藝精美、全字體呈鏡面效果、底座無(wú)褶皺。

應(yīng)用：顯示器屏幕、信號(hào)燈設(shè)備、儀表盤等。

10）PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）

熱塑性PBT被用作電氣和電子行業(yè)的絕緣體，可以在140℃下長(zhǎng)期工作。另還有著韌性高、耐疲勞，摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用：煙灰缸、門鎖系統(tǒng)、車鏡、門把手、車燈框、雨刷柄、保險(xiǎn)絲盒、連接器、點(diǎn)火系統(tǒng)、車燈插座等。

11）聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）

熱變形溫度和長(zhǎng)期使用溫度在熱塑性通用工程塑料中最高。機(jī)械性能與熱固性塑料相近，耐蠕變及疲勞性高、表面硬度高。

應(yīng)用：雨刮臂和齒輪箱、大燈固定器、發(fā)火線圈、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、連接器外殼。

12）ASA（丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯）

具有很高的韌性和剛性，具有出色的耐候性，良好的耐化學(xué)性、熱穩(wěn)定性及高光澤度。

應(yīng)用：保險(xiǎn)杠、后視鏡外殼、散熱格柵。

未來(lái)汽車零部件塑料化趨勢(shì)

就現(xiàn)今汽車塑料使用來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)沒(méi)到飽和的程度。比如僅塑料保險(xiǎn)杠就占到了約42%汽車塑料總用量，而塑料前端框架的使用也是近些年才流行起來(lái)，國(guó)內(nèi)至今甚至都沒(méi)有建立相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，由此可見(jiàn)多元化發(fā)展的目標(biāo)還遠(yuǎn)沒(méi)實(shí)現(xiàn)。

而在材料類別層面，聚丙烯（32％），聚氨酯（17％）和聚氯乙烯（16％）占汽車總高性能塑料的約66％，新型車用塑料的使用還有進(jìn)一步提升空間。

由于碳纖維材料成本居高不下，目前汽車塑料的市場(chǎng)機(jī)遇就落到了以下新材料上：聚甲基丙烯酸甲酯、長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料、熱塑性復(fù)合材料、生態(tài)塑料或生物塑料等。

受篇幅限制，這里重點(diǎn)講解下長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料和生態(tài)塑料或生物塑料的應(yīng)用。

長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料可應(yīng)用于儀表板，門模塊，前端模塊，尾門以及需要平衡尺寸穩(wěn)定性，耐熱性和重量?jī)?yōu)化的其他內(nèi)部和半結(jié)構(gòu)應(yīng)用。比如早在2016年10月盛禧奧推出的ENLITETM LGF 1851，作為全球首創(chuàng)的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯，其長(zhǎng)玻纖含量達(dá)85％，相比傳統(tǒng)含20%或30％的PP-LGF，此產(chǎn)品能降低約10％的成本。

不僅盛禧奧，包括博祿、塞拉尼斯、SABIC等知名品牌都對(duì)此進(jìn)行過(guò)深入研究，并投入實(shí)際使用，比如塑料制造商沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司（SABIC）的推出的長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP，就被使用在奇瑞汽車公司最新推出的eQ1電動(dòng)汽車尾門板上，并使其順利實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)重量降低40%的目標(biāo)。

眾所周知，生態(tài)塑料或生物塑料是過(guò)去十年發(fā)展最快的材料行業(yè)之一，比如第四代馬自達(dá)MX-5Miata（2015）的小型內(nèi)飾上就使用了自家開(kāi)發(fā)的生物材料，隨后CX-9等重磅車型中也開(kāi)始跟進(jìn)使用。

看好生物材料的不僅馬自達(dá)一家，比如早在2016年年中，福特汽車公司就順利成為全球首個(gè)以二氧化碳為原料，開(kāi)發(fā)配方并測(cè)試新型發(fā)泡材料與塑料部件的汽車制造商。研究人員預(yù)計(jì)未來(lái)五年內(nèi)這些新型生物材料將被正式用于福特汽車量產(chǎn)車型上。根據(jù)BCC調(diào)查公司研究報(bào)道預(yù)測(cè)，這類品將在2020年將達(dá)610萬(wàn)噸左右的規(guī)模。

新材料新工藝

除開(kāi)材料層面，生產(chǎn)方面，塑料件的模塊化將會(huì)是未來(lái)的重要發(fā)展方向。傳統(tǒng)前端模塊采用近20個(gè)鋼板沖壓件焊接而成，為此需要開(kāi)發(fā)超過(guò)50套以上的模具，而選用長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性聚丙烯制作前端模塊，應(yīng)用模壓成形技術(shù)可以將20多個(gè)沖壓件進(jìn)行有效地組合集成化，只需開(kāi)發(fā)一套模具，就可完成整個(gè)產(chǎn)品的一次性成形。既實(shí)現(xiàn)減重的目標(biāo)，還能降低工藝復(fù)雜性和成本。

當(dāng)前來(lái)說(shuō)，塑料件的模塊化重心主要集中在前端模塊、車門模塊上，然而包括儀表板、前保險(xiǎn)杠總成、后保險(xiǎn)杠總成、座椅、底盤零件和動(dòng)力總成模塊等仍有進(jìn)一步探索的空間。比如多數(shù)車型儀表板骨架仍采用鋼制材質(zhì)，但一些豪華車型已經(jīng)開(kāi)始使用模塊化的塑料儀表板骨架了。

以寶馬2017 MINI Countryman為例，其儀表板骨架通過(guò)采用長(zhǎng)玻纖塑料制成，相比傳統(tǒng)材料減重20%。寶馬也通過(guò)此項(xiàng)突破，獲得了美國(guó)塑料工程師協(xié)會(huì)（SPE）主辦的第47屆汽車年度車身內(nèi)飾類別創(chuàng)新大獎(jiǎng)。

模塊化帶來(lái)的是生產(chǎn)方式的精益化，塑料結(jié)構(gòu)優(yōu)化則是錦上添花。比如保險(xiǎn)杠的薄壁化開(kāi)發(fā)上，相比常規(guī)3.0mm壁厚設(shè)計(jì)，此前吉利采用的2.5mm壁厚設(shè)計(jì)（pp材料），能使得單件減重20~15%。

顯然薄壁化能夠進(jìn)一步降低成品重量，提高輕量化效果，但薄壁化容易引起翹曲變形，還會(huì)有脫模困難的問(wèn)題。因此除了需要提升工藝水平外，材料特性的提升也很重要。改性塑料作為最重要的汽車輕質(zhì)材料，將會(huì)在此領(lǐng)域起到重要作用。

國(guó)內(nèi)改性塑料行業(yè)起步較晚，與國(guó)際化工巨頭相比，在技術(shù)、規(guī)模、產(chǎn)業(yè)鏈上不具備優(yōu)勢(shì)。目前，雖然我國(guó)有上千家企業(yè)從事改性塑料生產(chǎn)，但規(guī)模企業(yè)（產(chǎn)能超過(guò)3000噸）只有70余家，情勢(shì)并不容樂(lè)觀。

結(jié)語(yǔ)

按照中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，到2020年國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)量將達(dá)到3000萬(wàn)輛，2025年將超過(guò)3000萬(wàn)輛。汽車容量的巨大增長(zhǎng)離不開(kāi)車用材料的進(jìn)步，就現(xiàn)今發(fā)展看，國(guó)內(nèi)汽車塑料的使用量和開(kāi)發(fā)質(zhì)量還有待進(jìn)一步提升。

為了順應(yīng)人們對(duì)汽車安全、環(huán)保等要求，未來(lái)汽車塑料在功能結(jié)構(gòu)件、內(nèi)飾件、外飾件上還有進(jìn)步一深挖的空間。比如開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)件、外裝件用的增強(qiáng)塑料、工程塑料、高性能復(fù)合材料，提升內(nèi)飾材料的環(huán)保性，降低VOC等。而在生產(chǎn)工藝上，模塊化和薄壁化能夠強(qiáng)化塑料件的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提升汽車輕量化進(jìn)程。

雖然塑料件在強(qiáng)度和質(zhì)感上還有所欠缺，但在新工藝的加持下，它仍有進(jìn)一步上升的空間。特別是當(dāng)汽車主動(dòng)安全技術(shù)的提升，塑料件碰撞安全低的隱患也將得到緩解。而隨著新能源市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，對(duì)進(jìn)一步高續(xù)航里程成為了塑料制品使用率增長(zhǎng)的刺激點(diǎn)。

本文來(lái)源：知乎 7號(hào)汽車

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