1 概述
近年来模塑料及其复合材料在汽车中的用量持续增长。图1为美国家庭轿车塑料（含塑料复合材料）用量的增长情况，从1977年到2004年．单车塑料的用量由76kg提高到117kg，增幅达54%。目前北美汽车中塑料的用量为每车118kg左右，约占整车质量的10%，预计2010年将达到136kg。而欧洲轿车塑料所占的比例稍高，已达整车质量的14.5%。
塑料在汽车中的应用遍及所有总成，业内习惯将它们分为内装（饰）件、外装件和功能件（其他结构件）。表1列出了目前汽车中主要塑料零部件所用的材料，表中所用的缩写中英文对照如表2。据统计，居前几位的汽车塑料有SMC、BMC、FLT、GMT、PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE。
2 主要技术进展
以汽车热塑性塑料复合材料为例，国外当前研究的主要课题如下。
树脂材料研究的重点之一是不断提高材料的物理，力学性能；材料开发已从昂贵的特殊专用树脂转向低成本的普通树脂新品种体系；自增强树脂也是当前材料研发的一大热点（如SR－PP），欧洲重点放在连续层压成形和模压成形材料上，而北美关注的是注塑成型材料。
纳米复合材料研究开发受到广泛关注，主要有纳米层状二氧化硅和纳米碳管增强PA、PE、PVC，界面特性改善等。
纳米增强纤维复合材料是最近兴起的一种纳米复合材料。欧洲目前正在研究利用纳米碳管作增强体，开发阻燃和自增强SR－PP等高性能复合材料，其他类型的增强体如聚合物、钢纤维等也受到关注。
由于环保的需要，天然纤维增强热塑性复合材料也是当前世界各国汽车塑料的一个重要研究领域。纳入研究的天然纤维来源有纤维素。木材、亚麻、黄麻，剑麻、大麻，龙舌兰叶纤维、椰子壳纤维，以及稻草与其他农作物废料等。
热塑性复合材料成形技术研究正在广泛进行。当前的重点有纤维缠绕与编制技术，并已在天然纤维缠绕和金属－聚合物纤维编织技术上取得重大进展；纤维－金属夹层等混合材料的制备方法，如Over－Injection Moulding工艺；热塑成型、冲压成形、模压成形技术，包括工艺优化与智能化、柔性工装、工艺模型与计算机辅助成形、大批量生产技术等，并已开发出可显著缩短加热时间的局部加热技术和快速热响应模具；短纤维，生物纤维增强复合材料、自增强复合材料，LFT、木纤维增强PP等的注塑工艺，注塑工艺优化，纤维取向模拟，水助注塑技术开发；PA6、PAl2和CBT为基体的复合材料批量生产RTM工艺；大型零件的低成本真空模塑生产工艺；零件表面模内装饰技术．A级表面与抗擦伤表面制备技术。
连接技术开发，主要有大型零件感应焊接、接触焊、超声焊接、振动焊接等。
试验技术开发，包括强度快速试验方法，高、低温试验方法，中击、磨损试验方法，长时性能测试方法，NVH性能测试方法，车身防碰撞零件冲击试验方法等。
2.1 若干材料技术新进展
（1）长玻璃纤维增强聚丙烯 （LGF－PP）
STAMAX公司近年开发了一种高弹性模量复合材料LGF－PP，玻璃纤维的长度为12～25mm．表3列出了注塑LGF－PP典型机械性能。LGF－PP可取代现有的材料，用于仪表板托架、保险杠粱、防溅板、车门和FEM等零部件。图2为用LGF－PP制造的福特Fiesta后车门．同钢车门相比，其质量减轻了50%。
（2）Daron Hybrid树脂材料
Daron Hybrid是DSM公司近年开发的热固性树脂，它由不饱和的聚酯树脂（UP）和聚氨酯（PUR）混合而成，通常称为不饱和聚酯尿烷混合物。这种材料兼有UP的高刚度、高热稳定性、以及PUR的韧性，表4列出了Daron XP45 Hybrid树脂的典型物理力学性能。研究表明，以Daron Hybrid树脂为基体的SMC/BMC除具有母材良好的性能外，其纤维/基体界面特性优于其他热固性树脂，而且还具有较高的抗水解能力。玻璃纤维增强和碳纤维增强的Daron Hybrid在90℃热水中浸泡72h后，其ILSS值仍然可保留90%以上，如图3。
（3）低密度SMC
普通SMC填料为密度较大的碳酸钙，其密度一般在1.9g/cm3左右；采用粘土可使其密度降至1.60～1.65g/cm3；如用中空玻璃珠则可将SMC的密度进一步降到1.30～1.40g/cm3。密度的降低也带来了诸如成本增加、材料物理性能下降、表面质量恶化等问题。DSM公司最近开发出一种密度为1.45g/cm3的低密度SMC，其刚度与强度达到了常规SMC的水平。图4为它与普通SMC及普通低密度SMC性能的对比。
（4）纳米复合材料
纳米聚合物复合材料由有机聚合物基体与纳米无机分散相（至少有一维小于100nm）组成。由于尺寸效应、大比表面积和强界面结合，纳米复合材料具有许多优异的性能，如强度高、耐热、抗紫外线、阻燃。阻隔性好．加工性能好等。纳米PA是最早的汽车纳米复合材料，主要应用对象为燃料系统和发动机罩下零件。随后又相继开发了以其他热塑性工程塑料 （ETPs）、TPO和PP为基体的纳米复合材料。现用的纳米填充物主要为纳米蒙脱土，其比例一般为3%～5%。而纳米滑石因其需要的剥离能量较低，已开始进入市场。潜在的纳米填料还有纳米二氧化硅、纳米碳管等。
目前产量最大的汽车纳米塑料是纳米PA，其次是纳米TPO，此外还有纳米聚酯、纳米紫外固化丙烯酸酯树脂、纳米聚酰亚胺、纳米聚甲醛等。纳米碳管/PAl2用于油管快速接头、油滤等燃油系统零部件的内层以阻隔（防渗），近年又开发了纳米碳管/改性尼龙、纳米碳管/含氟聚合物用于燃油系统其他零部件。纳米塑料应用对象主要为保险杠、散热器、底盘，车身外板、车轮护罩、活动车顶及其他保护胶条、挡风胶条等外装件，仪表板和内饰板、安全气囊等内装件，以及油箱、燃油系统。发动机罩下零部件等。近年经典的应用范例如下。
通用2004款雪弗莱Impala车身侧面部件采用纳米TPO制造（用它取代PVC和LFG－TPs）。
通用2005 Hummer H2 SUT货厢底板含有3.2kg纳米TPO零件（如图5）。
本田2004款Acura TL座椅背采用纳米PP。
国际卡车与发动机公司的重型载货车，采用了芯模技术公司开发的SMC/纳米复合材料－NANO LiteSMC制造的车身前部模块，如图6。它不仅表面光洁，而且较普通SMC减轻了25%。这种新型纳米材料可使外装件的密度由1.85～1.95g/cm3降低到1.45～1.55g/cm3，不需油漆的结构件则可降至1.30g/cm3。此外，它还具有高触变性，所需的模压压力低，可利用现有模压设备生产更大的零件。
（5）塑料－金属混合材料轿车前端模块制造技术
通用电气（GE）近年开发出一种将GTX尼龙树脂与钢复合的技术，它可采用一步模塑工艺制造轿车前端组合件。其中具有封闭截面的液压成形钢骨，为组合件提供了足够的刚度。该组合件成功地将散热器，发动机罩挂钩、洗净器罐，前灯、散热器格栅和前脸等零件整合为一体。
贝因公司（Bayer）也成功开发出塑料－金属混合材料前端组合件制造技术，所用的材料为30%玻纤增强的Durethan BKV 30 H2.0耐热PA6。该组合件由6段钢件与塑料注塑而成，它集成了20多个零件与功能（如图7），现已应用于福特Focus C-Max货车。
（6）一种外装件表面装饰新工艺
Woodbridge集团开发出一种利用模内装饰膜（in－mold decorating film）生产表面具有高光泽度外装件的新工艺，该技术是在开模注入工艺（open mould pouring process）的基础上发展起来的，因而具有压力机吨位小、工装成本低、工件完整性好、生产自动化程度高等优点，其工艺方法如图8。采用这种新工艺可以生产轻量化薄壁复合材料构件，而且在强度相当的情况下，零件质量较用PU－SRIM和SMC方法制造的轻。
图9和图10分别为新工艺生产的零件照片和表面光泽度测量数据，它们达到A级表面要求。零件典型的材料构成为：基体采用硬PU泡沫；增强材料可选用合成纤维。天然纤维。无机（玻璃、金属、矿物等）纤维等；表面装饰膜的基底材料为PC或ABS，着色层和顶层材料为PMMA或含氟聚合物。
（7）一种新的SMC零件成形工艺
Fiberforge公司开发出一种新的SMC零件成形工艺，其核心是“特制板坯（Tailored blank）”制备技术。与激光拼焊板一样，所谓“特制板坯”是截面厚度特征与实际零件相同的平板状坯件。这种坯件的制备方法如下：在生产线制作纤维与树脂复合薄条；根据零件的形状和截面要求，一层层叠放。图11为采用这种方法制造的一个板坯实例。
板坯制成后，须经冲压与剪边才能得到成品零件。板坯在进入模具前，先在红外加热炉中进行加热，然后将板坯置于模具中成形并冷却。冲压工序的生产节拍小于90 s。图12为采用新工艺生产的备胎座。
2.2 典型创新应用实例
以下是若干典型应用实例．它们在某种程度上映射了塑料及其复合材料在汽车中应用的最新进展。
图13所示的尼龙油底壳被戴姆勒—克莱斯勒04款ActorsBR500重型载货车采用。其材料为35%玻纤增强UItramidA3HG7尼龙，它是世界第一个尼龙油底壳。其质量较铝油底壳轻50%，而储油能力增大了30%，并具有较高耐热、耐蚀性，高的冲击强度和阻尼性能。
图14所示的一体化车门内饰用于福特05款Mustang。它是第一个将8英寸（203mm）扬声器及其密封式音室与面饰制成一体的车门。它不仅改善了车内音响效果，而且还可减轻质量8.2kg，节省40美元。
图15所示的双色调仪表板为福特05款Mustang采用。借助CAE技术和同时双注塑工艺，将两种颜色树脂同时注入模具中．使仪表板下部呈现两种色调（免油漆），并具有高抗擦伤能力。
本田2006款Redgeline皮卡采用了SMC行李厢（如图16）。它是世界第一个多块玻璃纤维增强SMC复合材料嵌入式行李厢，零件数由钢设计的100多个减至7个，质量减轻30%，而且还具有较高的容量和冲击强度，较好的耐蚀性和防滑性。
图17所示的麻蕉纤维增强备胎罩为戴姆勒一克莱斯勒05款A级2门轿车采用。它是世界第一今天然纤维大批量应用于外装件的范例。用麻蕉纤维生产该零件较常规玻璃纤维节能60%。图18所示的模内着色反应TPO安全气囊套应用于通用2006款Buick。该零件采用的是世界第一个模内着色反应TPO（molded－in－color reactor TPO），它具有优良的抗低温；中击性能，且价格低于普通油漆件。
图19所示的发动机冷却水套隔离环被丰田2003款皇冠采用。零件材料为PPA树脂，它是世界第一例开敞式发动机塑料水套隔离环。
图20所示的新概念前端组合件为法国Plastic Omnium公司开发，它将挡泥板、前灯和其他零件整合成为一体，以减少装配线时间。
戴姆勒—克莱斯勒03款Smart Roadster车顶及车身外板采用了免油漆塑料车身（如图21），PC薄膜和ASA/PC树脂涂层形成了具有高光泽度、抗紫外线、抗擦伤的A级表面。
3 未来技术发展方向
3.1 内装件
内装件用材的趋势为：PVC不久将从内饰件应用中退出；聚氨酯因其柔软的触感，预计在内饰件（尤其是高档车）上的应用会不断增长，而中档车在内饰PP化推动下可能更倾向于采用TPO；PU在内饰中尚难以被其他材料取代；复合材料在结构件（如座椅骨架）和吸收冲击能量的零件上的应用将会增长；金属－塑料混合材料在内装件中的应用极具潜力。未来要着力开发外表美观（低反光、耐磨、半透明）同时具有良好降噪性能（尤其是嗡嗡、吱吱声和卡嗒声）的内饰新材料；开发具有优良高速冲击性能的内装件材料；弄清塑料材料触觉特性的本质。
开发快速制造技术；适应不同材料体系的一步成形技术；人工智能系统。
照明、电子、环境控制一体化设计；内、外装材料体系同一化。
根据使用性能要求，制定材料技术标准；制定适用于不同材料竞争分析的试验标准；建立汽车内装件用先进塑料、复合材料的毒性和对环境破坏性的统一评估方法。
3.2 外装件
开发耐候、耐化学侵蚀，具有良好的表面光泽和抗轻微撞击性能的外装件用聚合物体系；提高塑料零部件的表面光洁度；开发光亮、耐候的着色剂；开发先进的增强材料及增强技术；开发可生产出A级表面、免油漆外装件的复合材料。
开发大批量、低成本的工装技术；开发大型薄壁零件快速制造工艺；开发先进的模压机；虚拟原型技术；低成本。高表面质量结构复合材料的快速制备工艺开发。
照明纳入总体设计；内、外装材料体系同一化。
建立制造、装配工艺与零部件性能预测模型；建立不同老化条件（短期、中期和长期）下，零部件试验结果关联性的方法；建立零件耐候性预测模型、快速试验方法。
3.3 发动机零部件
开发低成本的耐热树脂材料。导电树脂材料；开发燃料电池、混合动力零部件用材。
开发燃料电池塑料件制造技术。
混合动力（包括燃料电池）塑料零部件设计技术。
开发用于代用动力系统零部件的塑料、复合材料的快速试验技术，它们往往承受高温和化学腐蚀。
3.4 底盘与驱动系零部件
开发结构件用的低成本热塑性复合材料、碳纤维复合材料，冲击能量吸收率高的材料，疲劳性能和抗蠕变性能好的材料；开发新的低成本增强技术（如新的增强纤维，新的填充颗粒和纳米微粒、导电颗粒等），以满足零部件高刚度、高耐热性及成形性要求。
连接与密封技术；修理技术；新的零部件成形技术。
整车NVH特征模型；开发低自重汽车新型悬架系统；降低零部件集中载荷的设计方法。
建立零部件抗长期老化性、疲劳耐久性的快速试验方法；建立汽车结构件的预测工程手段和系统。
3.5 塑料密集汽车
开发生产夹层构件的材料与工艺；开发满足汽车设计要求的新型塑料合金和塑料共混物，热塑性塑料，热固性塑料和工程塑料；开发耐火塑料。
热塑性塑料快速成型工艺；快速低温连接方法；亚微观水平的添加剂；低温涂料及工艺；无油漆表面；无夹具装配；节能制造工艺；塑料车身骨架快速成型与装配。
建立汽车塑料、复合材料性能数据库；适于塑料的低成本车身骨架设计技术；塑料—金属材料复合零部件设计技术；在清洁材料（生物塑料）开发的基础上．设计塑料密集汽车。
开发用于评估各种塑料和复合材料的物理老化性能、化学老化性能及耐候性的试验方法：建立制造工艺参数一零部件性能之间关系的预测模型；建立快速试验结果与零部件长期性能的关系；材料的高应变率破碎试验技术。
