隨著節(jié)能減排要求的提高以及汽車電動化的加速，汽車輕量化成為汽車行業(yè)的發(fā)展潮流，推動著包括高強度鋼、鋁合金、工程塑料以及復(fù)合材料等在內(nèi)的輕量化材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。
連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）作為一種高強度、高剛性、高韌性、可回收的新型熱塑性復(fù)合材料，與鋼、鋁合金相比，可以有相當?shù)膹姸取⒅亓扛p、能量吸收能力更高；與熱固性復(fù)合材料相比，更易于加工，且環(huán)保可回收，在汽車輕量化設(shè)計中具有巨大的應(yīng)用潛力，可替代部分金屬材料和高端聚合物材料，應(yīng)用于座椅靠背、前端模塊、車門內(nèi)板、保險杠等車身結(jié)構(gòu)件、半結(jié)構(gòu)件上。
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名稱
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OEM
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原材料
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效益
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座椅底板
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通用歐寶Astra OPC
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巴斯夫?Ultramid?
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生產(chǎn)出的座椅底板減輕了45%的重量
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獨立后排座椅外殼
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奧迪A8
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朗盛?Tepex? Dynalite
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與鋼板相比，重量減輕45%
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座椅靠背骨架
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上汽概念車
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巴斯夫?Ultracom?
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重量與傳統(tǒng)座椅相比減輕達20%，輕薄設(shè)計更為第二排乘客增加2.5厘米的膝部空間
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越野車后排座椅
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朗盛?Tepex? Dynalite
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質(zhì)量比類似鋼結(jié)構(gòu)輕40%以上，同時可承受加速載荷的撞擊
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前端模塊
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大眾Atlas和Teramont
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朗盛?Tepex? Dynalite
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比用鋼板制成的嵌件約輕50％，CFRT嵌件區(qū)域可以承受更高的應(yīng)力
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輕量化A柱
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保時捷
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朗盛?Tepex? Dynalite
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重量減輕了5kg
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SUV前端支撐
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梅賽德斯—奔馳GLE SUV
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朗盛?Tepex? Dynalite
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車門基板
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金發(fā)科技
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與鋼材及長纖維PP門系統(tǒng)相比，熱塑性復(fù)合材料門系統(tǒng)相對減重大于30%
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發(fā)動機底盤
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朗盛?Tepex? Dynalite
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重量比同等的鋼材組件輕了60%以上，比相應(yīng)的鋁部件輕20%以上
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懸架控制臂
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PSA標致
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重量減輕了50%
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剎車踏板
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保時捷、賓利歐陸GT
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朗盛?Tepex? Dynalite
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重量僅有傳統(tǒng)鋼制踏板的一半左右
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側(cè)門防撞梁
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PSA標致雪鐵龍
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杜邦?Vizilon?
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與超高強度鋼(UHHS)相比，重量減少40%，能吸收更多的沖擊能量
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消聲器隔熱罩
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寶馬i8
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朗盛?Tepex? Dynalite
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確保部件在高溫環(huán)境中不發(fā)生變形或失效，提高部件在冰凍溫度下的強度和抗沖擊性能
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車輪觳插片
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蔚來ES8 和ES6
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科思創(chuàng)?Maezio?
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外觀優(yōu)質(zhì)，穩(wěn)定性好
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除了上述應(yīng)用外，隨著技術(shù)的發(fā)展成熟，連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料正越來越多地被用作汽車輕量化設(shè)計中金屬的替代品。下面我們來看看，近期連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料在汽車上的創(chuàng)新應(yīng)用。
一、寶馬ix前圍板和后窗框架部件
早在2010年，寶馬集團就在JEC World展會期間公布了其首款大量采用復(fù)合材料的電動乘用車，而在后面的i3、i8、7系設(shè)計中同樣大量采用了碳纖維復(fù)合材料。
寶馬iX則是寶馬集團在大量采用復(fù)合材料的全電動設(shè)計方面取得的又一進展，在iX中，寶馬集團整合了7系的Carbon Core與之前寶馬i 系的全碳纖維的車身結(jié)構(gòu)，它采用了多材料的車身結(jié)構(gòu)，寶馬集團將這種車身結(jié)構(gòu)稱作Carbon Cage。
側(cè)框架、雨水槽、車頂框架、前圍板和后窗框架的 CFRP 部件組合形成一個“Carbon Cage ”，在加固車身的同時，減輕重量并提高車輛的靈活性。而前圍板和后窗框架部件采用全新方法由連續(xù)纖維增強熱塑性塑料 (CFRTP) 制成。
這種CFRP-CFRTP的混合結(jié)構(gòu)與同樣的鋼制部件相比，在提高剛性的同時還減輕了5 kg的重量，同時實現(xiàn)了寶馬想要的簡約外觀，從而增加了乘員艙的寬敞感。
二、奔馳S級轎車駕駛輔助系統(tǒng)電池支架
在梅賽德斯-奔馳 S 級轎車的高級自動化駕駛輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件中，采用朗盛Tepex? 連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料制造電池支架，為該系統(tǒng)的“智能駕駛”供電。
據(jù)介紹，這款弓形支架由德國洛恩的Poeppelmann Kunststoff-Technik 公司制造，它的基材為聚丙烯基 Tepex? dynalite 104-RGUD600(4)/47%，制造方法是將復(fù)合材料的成型（懸垂）與注射成型相結(jié)合的兩步法工藝。
采用復(fù)合材料可以使成品可比金屬造的減重 40%，注塑成型步驟還可實現(xiàn)集成功能，不僅使安裝支架變得更加容易，而且還可減少了傳送運輸工作。這些加工工藝有助于降低制造成本。且復(fù)合材料對車身和電池的金屬部件是電絕緣的，大大降低了短路的風(fēng)險。而由金屬制成的組件需要額外的措施來防止短路。
三、梅賽德斯-奔馳S級轎車上的負載艙
朗盛Tepex dynalite連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料的一項新應(yīng)用是制造安裝在梅賽德斯-奔馳S級轎車上的負載艙，用于容納 48V 車載電源電池。這種復(fù)合材料部件能夠承受高機械應(yīng)力，并且比同類金屬板部件輕30%左右，可以防止電池在發(fā)生碰撞時穿透或損壞凹槽壁，同時確保負載艙的密封性。
該部件采用混合成型工藝，坯料由基于聚酰胺6的Tepex dynalite 102-RG600（2）制成，并用兩層連續(xù)玻璃纖維織物增強。朗盛的 Durethan 聚酰胺6用于注塑緊固件和加強筋。
除了S轎車外，Tepex dynalite還應(yīng)用于梅賽德斯-奔馳 C 級轎車的負載艙，用于容納車載電源電池。輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料比金屬輕得多，未來將在電動汽車安全裝置、完整的電池系統(tǒng)外殼或引擎下可用的裝載空間組件方面有巨大應(yīng)用潛力。
四、東風(fēng)汽車輕型卡車工具箱
SABIC與中國主要貨車制造商東風(fēng)汽車合作，開發(fā)出一種用于生產(chǎn)堅固而且輕量化的車載工具箱新型復(fù)合塑料混合解決方案。該應(yīng)用混合了SABIC的 STAMAX? 長玻纖聚丙烯樹脂和一種連續(xù)玻纖復(fù)合層壓嵌件，采用雙色注塑工藝生產(chǎn)。與類似設(shè)計的鋼制零件相比，采用該方案生產(chǎn)的成品零件重量減輕了30%，并有效提高了東風(fēng)汽車的生產(chǎn)效率。
SABIC的混合解決方案結(jié)合了 STAMAX 樹脂與熱成型復(fù)合嵌件，這款嵌件由連續(xù)玻纖增強熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)商江蘇奇一科技生產(chǎn)的單向玻纖增強聚丙烯帶制成。
層壓嵌件在放置入模具之前需進行預(yù)熱，并在一次操作中與 STAMAX 樹脂一同進行雙色注塑成型。這一嵌件可提高零件關(guān)鍵區(qū)域的剛度和強度，從而實現(xiàn)薄壁幾何設(shè)計，以此減輕零件重量。采用塑料復(fù)合解決方案生產(chǎn)的卡車工具箱重量減輕了約 30%（4-6kg），同時保證了應(yīng)用所需的剛度、韌性和強度。
綜上，高性能、低密度的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料已成為汽車輕量化中極具潛力的材料之一，在汽車半結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)件上廣泛應(yīng)用。從材料上看，國外連續(xù)纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)日趨完善，應(yīng)用相對成熟，而國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品也逐步得到汽車制造商的認可。從工藝上來看，大批量自動化，以及多工藝材料的復(fù)合生產(chǎn)技術(shù)，符合未來汽車行業(yè)輕量化與集成化設(shè)計的發(fā)展趨勢。
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