我国的汽车产量和销量一直呈逐年增长趋势，与此同时带来的环境污染和能源供给困难等问题也越来越严重。随着社会的发展，汽车领域对材料的应用更倾向于轻量化，单一的塑料材料已经难以满足市场需求，复合材料的研究与使用成为汽车材料使用的发展方向。

纤维增强塑料复合材料是纤维和塑料复合而来的材料，其中纤维主要为玻璃纤维、碳纤维和天然纤维等作为增强材料。塑料分为热固性聚合物和热塑性聚合物两种类型。热塑性塑料具有易于回收、高抗冲击性和化学惰性的特性。热塑性塑料很容易重塑，因为加热到一定温度时，它们很容易熔化或软化，在冷却时，它们又很容易硬化。

纤维增强复合材料

而热固性塑料不能被回收。聚酯、酚醛和环氧是属于热固性聚合物。PP（聚丙烯），PVC（聚氯乙烯），PE（聚苯乙烯）和 PS（聚苯乙烯）属于热塑性。热塑性聚合物进一步分为传统塑料，如 PE 和 PP，以及工程塑料，如 PA（聚酰胺），PC（聚碳酸酯）和 ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）。汽车行业最常用的材料是 PA，PP。

图源：兴隆尼龙

图源：东明石化

纤维增强塑料复合材料具有良好的耐腐蚀性、舒适性、柔韧性、耐摩擦性、抗撞击性、易加工等特点，广泛应用于汽车的轻量化技术中，既能减轻汽车自身的重量，又能保证汽车行驶的安全，同时还能降低汽车生产成本。塑料在汽车上的使用量和使用率日益增加，通过汽车塑料的应用促进汽车轻量化发展是汽车工业今后发展的方向之一。

（1）有效减轻汽车重量。金属材料中的 A3 钢、黄铜的比重都大于 7，铝的比重轻一些，但是也有 2.7。大部分的塑料的比重是 0.9 到 1.5 之间，纤维增强复合材料比重也不到 2。越来越多的企业在汽车轻量化技术中采用塑料代替金属材料，减轻汽车总的重量，增加有效载荷。

（2）汽车节能减排的有效路径。汽车塑料制品应用于汽车装饰等，可以让设计更灵活、汽车造型更美观。塑料制品有耐腐蚀性、耐磨、隔热、消声、减振等多种作用，可以提高动力，适应恶劣环境，增加用车安全性。此外塑料制品使用减轻车重后能降低燃油消耗，减少尾气排放，同时轻量化也能提升新能源汽车续航时间。

（3）可降低汽车生产成本。使用塑料制品代替金属等材料作为材料，既可以降低材料的成本，也能节省材料加工、维修等费用，从而使汽车生产成本得以降低。如一个简单的注模塑料部件可以将很多的金属部件焊接在一起，此外塑料可以模铸成比其他材料更复杂更多样的形状，从而达到减少使用零部件的目的。

玻璃纤维具有耐高温、强度高，吸收冲击能量大，吸水性小，加工性好，价格便宜，与树脂结合性良好等优异性能。常用的 FRP 是玻璃纤维和聚丙烯的复合材料，集合了玻璃纤维和聚丙烯的优点，在汽车轻量化技术中有着很好的应用前景。

FRP制品

朱俊指出 FRP具有耐腐蚀性、耐瞬时高温性、传热较慢、防水、容易着色、易成形、可设计性强、品种多样等特点，主要应用于汽车领域车身壳体、天窗、前后保险杠、前端支架、座椅骨架、挡泥板、车顶盖、以及车内饰件等。王玲等指出长维热塑性塑料复合材料应用于汽车领域对于降低汽车重量、提高燃油效能、减少废弃排放有着重要效果。

2019 年，中南民族大学开发了脂肪族超支化聚酯制备车用通用塑料 - 玻纤复合材料关键技术,制备了低气味、低挥发的高性能车用复合材料，产品广泛应用于福特的福克斯和蒙迪欧、神龙的308、408 和 508 以及大众的朗逸、速腾等车型。

玻璃纤维增强热塑性复合材料（GMT）的基体材料通常为聚丙烯，在汽车工业领域里应用广泛减重效果十分明显，主要用于保险杠、脚踏板、发动机罩、地板、护板、备用轮胎架等，能比使用原材质减重 20%以上，材料成本降低 20%以上，是汽车轻量化和低成本的很好应用。

李晓雄等使用 LFT 试验线及成型装备，制备了 20%、30%和 40%玻璃纤维质量分数的LFT-PP 粒料，并将 40%玻璃纤维质量分数的粒料成功应用于汽车翼子板。

北欧化工制备的 Fibremod PP 玻璃纤维具有更轻的质量、额外的强度，以及更大的冲击性能。应用范围从前、后挡板模块到仪表板和中控台载体。中国巨石拥有针对不同工艺增强车用热塑性材料的各种玻纤产品。

图源：中国巨石

568H 适用于短玻纤增强工艺，经其改性的 PA 制件不仅具有优良的干态力学性能，同时具有优异的耐水解 / 醇解性能，可用于增强发动机周边的 PA 部件，比如冷却系统以及散热器水室等。362J是长玻纤增强的代表产品，其优良的加工性能、力学性能、疲劳性能以及气味等决定其在汽车领域应用十分广泛。362C 适用于连续玻纤增强工艺，其显著特点是具有优异的浸渍性和力学性能。

法国法雷奥汽车零部件供应商也开发了新的汽车转向柱模块，该模块的外壳和拉杆，分别采用巴斯夫的 Ultramid b3egg10Si 表面改性树脂，Ultradur B4520 及 Ultradur B 4300G4, 其 中 Ultramid b3egg10Si 为质量分数50%玻璃纤维填充尼龙 6，Ultradur B4520 及 UltradurB 4300G4，其中 Ultramid b3egg10Si 为质量分数50%玻璃纤维填充尼龙 6。

播磨一成等研究了不同长度粒料对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的影响，结果发现复合材料的冲击强度随着玻璃纤维原始长度的增加而增加，这是由于随着纤维长度的增加，在冲击过程中纤维发生剪切、断裂的概率增加，这将吸收更多的冲击能，从而增强复合材料抵抗冲击的能力。

高鹏堂等进行了聚丙烯 / 玻璃纤维散热器作为汽车支撑骨架的可靠性分析，结果表明：用聚丙烯 / 玻璃纤维材料制造的散热器支撑骨架不仅满足结构要求，具有可靠性，而且相比于传统材料（如铜、铝合金等）制造的散热器支撑骨架可以节约原料，提高产品性能，减小成型收缩率，提高热变形温度，以及实现汽车轻量化。

李劲松等优化了玻璃纤维增强聚丙烯作为水箱支架的结构，结果表明，优化后的 PP/GF 水箱支架质量降低了 2.8kg，最大应力降低了 0.7MPa，疲劳寿命相比优化前延长了 7.3%。

如今，FRP 材料在汽车领域的应用越来越广泛，但我国 FRP 材料在应用方面与发达国家相差甚远，尤其是技术水平、研发水平都不及发达国家，所以，我们应该加大 FRP 材料在汽车领域的研发力度，促进基础研究和应用技术的结合，扩展我国 FRP 材料在汽车领域的应用。

碳纤维增强塑料( CFRP ) 是以聚丙烯腈纤维、粘胶丝和沥青丝等为原料，具有非常高的强度（比强度是钢的 6 倍）和弹性（比模量是钢的 3 倍以上），重量较轻、耐腐蚀、耐高温、耐疲劳、耐磨损、耐振动、热力学性能好，在汽车领域主要用于制作车身、车架、发动机罩、保险杠、传动轴、车轮等，一方面可以降低整车的重量，同时也可以提升车子的综合性能，是当前汽车轻量化技术中较多使用的材料。

碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRPC）具有低密度、耐磨损、质量轻易加工等特点，逐渐替代金属材料广泛应用于汽车等领域，以实现产品轻量化。例如 2015 年，宝马推出的新 7 系采用了创新混合结构，应用碳纤维增强塑料大大减轻了车体重量，比上一代减重达130kg。

图源：世界汽车

ARRK 集团使用热塑性复合材料代替之前采用的铝合金材料制作汽车变速箱外壳，比原来的外壳重量轻了 30%。2018 年秋季，通用汽车公司发售的“2019GMC 塞拉”内部座椅使用了 CFRTP。使用汽车塑料翼子板代替传统金属材料翼子板也是汽车轻量化发展趋势之一，翼子板成形难度大，选用强度好、防腐性能好、抗疲劳性强、稳定性好的碳纤维增强塑料能减重 45%以上，达到较好的节能减排效果。

汽车后背门使用碳纤维复合材料可以减重 50%，宝马 i3 使用了高强度复合碳纤维材料制作座舱从而减重 50%，通用超轻概念车使用碳纤维材料制作车身和底盘从而减重 68%，通用皮卡 CarbonPro 使用碳纤维车厢使得车子减重 25%, 斯巴鲁 WRX STItS 采用 CFRP 车顶比使用钢板车顶减重 80%。

表面物理气相沉积（PVD）涂层技术也广泛应用于汽车高端制造领域，其产品具有耐 1400℃高温、抗氧化、防腐蚀、耐磨损等特点，最薄可以做到单面 100 纳米。

黎盛寓利用环氧树脂 / 碳纤维复合材料对悬架控制臂进行了改进设计，通过有限元软件对环氧树脂 / 碳纤维材料和铝合金材料控制臂进行了对比仿真。结果表明，相比铝合金材料，环氧树脂 / 碳纤维复合材料强度更大且具有具有更好的动态特性。蔚亚等研究了基于碳纤维增强环氧树脂在新能源汽车底盘后纵臂轻量化设计。结果表明，碳纤维增强环氧树脂后纵臂质量相对较轻，与金属件相比减轻约 30%。

CFRPC 材料相比传统金属材料拥有更好的综合力学性能，在汽车领域具有广泛的应用前景，但是 CFRPC 材料仍有一定的缺陷。还需要不断地加大研发力度，降低CFRPC 材料的成本，提高材料的综合力学性能，推动CFRPC 材料更广泛的应用在汽车领域。

NFRP 复合材料中纤维主要以麻纤维、竹纤维、椰壳纤维等植物纤维为主。聚合物基体主要分为热固性和热塑性两种类型。热塑性塑料很容易重塑。而热固性塑料不能被回收。在汽车行业主要使用的聚合物基体一般为 PA（聚酰胺）PP（聚丙烯）。NFRP复合材料具有密度小、可回收、完全无毒、易加工、质量轻、排放低的特点。

Vardaan 等介绍在过去几十年里，NFRP 开始被主要汽车制造商应用，他们使用麻纤维作为增强材料来制造门板，仪表盘和车顶，减轻了汽车的重量，并且降低了制造成本。其他制造商也使用了 NFRP 复合材料，如大众、宝马、奔驰、奥迪和戴姆勒克莱斯勒。

Mission R的车门、前翼和后翼、侧板和后中段，均由NFRP制成

此外，伟世通公司还生产了使用环保材料的汽车内饰产品。所使用的材料为红麻纤维和大麻纤维的混合物，基体为 PP。奔驰 E 级和宝马5 系车门版、福特首款全电动汽车行李箱底板、保时捷 718 车门及尾翼均使用了天然纤维增强塑料。

然而，车用天然纤维复合塑料目前仍然有许多技术难以克服，Kim 等表示天然纤维在汽车领域的应用存在障碍。采收工艺、产地、品种和加工路线对复合材料的力学性能影响很大。其中的问题之一是苔藓和真菌的攻击会导致天然纤维降解，因为它们储存了很长时间，在加工过程中也很容易热 / 机械降解。

木质纤维素含量的亲水性导致对聚合物作为疏水基质的抵抗力较差。这种不匹配导致复合材料的力学性能减弱。NFRP 的另一个缺点是其结构不均匀，纤维不连续导致复合材料耐久性和性能低下。如何完成高效分散加工，如何突破相界面连接、如何高效收集和综合利用、如何降低加工成本是目前需要解决的问题。

目前汽车轻量化技术应用中对于将不同浓度的纳米或者微米材料添加到塑料中的研究较多。如将纳米增强材料与镁结合有助于提升镁的机械性能，从而增加了镁在汽车领域的应用。将不同浓度的纳米和微米增强材料添加到 PP 为原材料的汽车保险杠，可以有效提升保险杠的力学性能。因为混杂纤维可以降低成本、减轻重量，混杂纤维复合材料的研究也很热门。

例如，碳玻璃混杂纤维不仅可以降低碳纤维产品的成本，还可以提高玻璃纤维产品的刚度和质量。纤维增强复合材料主要存在成本较高、资源回收较难的问题，如何解决上述问题开发纤维增强复合材料的在汽车领域的多种性能是目前的主要研究方向之一。

参考资料：《纤维增强塑料复合材料在汽车轻量化中的应用》，邹瑞睿、张 坤，