新能源汽车车身材料特性及发展现状浅谈

新能源汽车车身材料特性及发展现状浅谈

随着能源枯竭，环境污染日趋严重化，给国际汽车工业变更面提出了新的挑战。能源的枯竭带动了新能源的迅速发展，但是新能源发展给整车的重量提出了一个新的挑战，一些新生材料的应用起到了关键性的作用。研究表明，一般汽车每减轻1kg的重量，1L的汽油可使汽车多行驶约1m。车身在整车中占约25%左右的重量，所以车身的材料对整车的重量减轻起着关键性的作用。

标签：车身；轻量化；高强纤维复合材料

引言

本文主要针对可应用于车身的主要材料进行性能、成型工艺、经济性等方面进行比对，寻找出适合现代汽车工业发展方向的高性能材料。

1 车身材料的种类

车身材料既要满足车身设计、生产制造、装配、维修维护方面的要求；还要满足使用、安全、美观等方面的要求。

1.1 传统车身材料

现在市面上的传统汽车大都还是钢结构车身，占整个汽车行业的80%，还有玻璃钢，传统塑料（材料为传统的PE、ABS、EMA等）。

1.2 新生车身材料

随着科学技术的发展，各种新生材料被广泛的应用到车身当中，包括铝合金、碳纤维复合材料等为主。

2 各种材料的发展史

钢结构车身已经有很悠久的历史了，1915年福特生产了第一辆钢结构车身。50年代-70年代出现铝合金及塑料零件，但是仅是车身上的某个零部件，20世纪80年代，高强度钢板开始广泛应用到车身覆盖件上，从此一直延续到现在，而且在未来的10-20年，仍然被广泛应用。

1962年，中科院长春应用化学所成立“聚丙烯腈基碳纤维的研制”课题组，开展大量的基础研究，从此碳纤维材料这种新兴的材料被大众认知，进几年这种材料被广泛的应用到航天、方程式赛车及高端车身上。随着科技的发展，材料的成本逐步下降，不久的将来将广泛地应用到民用车身。

3 材料的特性比较

3.1 密度（重量）

从表1可以看出，新兴的材料比传统的钢材密度要低三到七倍，这对整车车身重量来说是很大的优势，但是单纯地从密度来看是不够的，厚度也是起到决定性作用的，综合考量，铝镁合金和塑料、高强度复合纤维材料都是替代传统钢材的主要材料。

3.2 抗拉强度

从表1中可以分析出，碳纖维复合材料的抗拉强度远远超出其他的材料，优势很突出。与钢材相比，碳纤维复合材料质量是钢材的一半，而在碰撞中对能量的吸收能力却比钢材高出4-5倍。用碳纤维复合材料制造的汽车前部框架和保险杠骨架呈现塔状的溃缩柱，通过材料、加工工艺、产品结构设计的结合，使得这种溃缩柱能够在正面碰撞过程中破碎成无数细小的碎片，达到吸能的效果，保证了乘员的安全。

3.3 防腐蚀性

汽车上很多零件都需要承受汽油、机油、汽车传动液等化学制剂的腐蚀以及雨雪天高盐、高碱、高温严寒等环境的影响，所以要求材料必须具有抗腐蚀性。（1）钢材抗腐蚀性一般，需要进行特殊的防腐处理，难以保证在不同条件和环境下的一致性及使用寿命。（2）铝合金及铝镁合金都是很好的抗腐蚀材料，但和钢材具有相同的一致性和使用寿命的问题。（3）玻璃钢、塑料、碳纤维复合材料具有优异的耐酸、耐碱好、耐盐和有机溶剂性，是很优良的耐腐蚀材料，其使用寿命也相对其他较长。

3.4 经济性

（1）单纯地从减少油耗来说，新型材料都优于传统的钢板。（2）制造成本来说，由于钢板和传统工程塑料的发展悠久，所以钢板、工程塑料的制造成本相对较低，而铝合金和铝镁合金虽然没有钢板的历史长，但是加工工艺大部分可以借鉴传统钢板的冲压工艺，所以制造成本相对可以接受，但是碳纤维复合材料发展时间相对较短，未能够达到批量生产的技术，而且加工过程中工时相对较长，所以它的成本是最高的。（3）单纯的比较材料本身的成本，每吨的价格由低到高排列为：塑料-钢板-玻璃钢-铝合金铝镁合金-碳纤维复合材料。

3.5 加工工艺

（1）钢板：冲压、滚压，折弯等。（2）铝合金和铝镁合金：冲压、滚压、挤压等。（3）塑料：注塑、吸塑、吹塑等。（4）玻璃钢：低压成型工艺。（5）碳纤维复合材料：长纤维缠绕法、碳毡短纤维模压或喷射成型、石墨布叠层等方法。

3.6 安全性及舒适性

汽车的轻量化发展对车身的安全性提出了新的要求，有关数据分析可知，在相同的性能条件下，质量越轻，安全系数反而下降，所以对材料的本身的性能要求更高了。随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们对汽车的要求不在停留在使用上了，对舒适性也有很高的要求。体现舒适性的一个重要的指标就是振动与噪声，复合型材料，尤其是非金属的复合型材料的吸音效果远远高于金属材料。

4 各种材料的应用

（1）钢材：车身骨架、白车身本体等结构件。（2）铝合金及铝镁合金：缸体、缸盖、轮辋、保险杠、散热器、冷凝器等承受冲击、振动载荷和腐蚀条件下工作的零部件。（3）工程塑料：内饰件、外装饰件、行李架及各种电器传感器壳体等。（4）玻璃钢：前后保险杠、顶棚等外装饰件及客车车身等。（5）碳纤维复合材料：目前碳纤维在民用车上应用最广泛的就是轮毂、刹车片、传动轴等，在跑车及方程式赛车上应用广泛。

5 新材料发展过程中存在的问题

（1）设计的创新：新材料之所以未能迅速的应用到车身上，一个主要原因是设计人员的设计创新思想。新的材料诞生，新的设计理念也应随之迅速发展起来，才能带动整个汽车行业乃至这个工业有个飞速的发展。（2）经济性：虽然国家大力度鼓励和支持新能源、新材料、新技术的发展，由于发展速度相对缓慢，无法实现新材料零部件的批量生产，造成单件比较高，难以全面普及。（3）规章制度：新的材料、新的能源、新型技术的发展，相应的国家标准也应该随之迅速更新，这样才能规范市场，合理利用这些新的资源。

6 结束语

随着科技及工业的迅速发展及关键技术的缕缕突破，除了文中介绍的几种典型的材料，还有像陶瓷、粉末金属等，通过设计的改进，结构的创新，车身材料也可以多样性。汽车机构轻量化设计需要开发设计更合理的轻型车体结构和零部件，合适的材料用于合适的部位，并用最少的材料最低的成本来获得最佳的结构性能，既经济又可靠。

参考文献

[1]王宏雁，陈君毅.汽车车身轻量化结构与轻质材料[M].北京：北京大学出版社，2009.

[2]马鸣图.汽车轻量化材料应用研究的成功范例[J].新材料产业，2006（11）：19-22.

[3]杨忠敏.谈现代汽车的材料及其轻量化技术[J].汽车研究与开发，2004（6）：51-55.