以塑代钢+一体化成型，复合材料助力车用部件制造降本增效

“降本”几乎是今年以来各行各业高度关注的话题。对于汽车零部件加工制造来说，通过材料的研发实现集成化设计，减少部件与工序，是降本增效的有效途径之一。

根据Reports and Insights网站发布的2022-2030年汽车复合材料市场的未来发展与机遇分析专题报告分析，预计到2022年底，汽车工业用复合材料市场规模将达到95亿美元，预计到2030年将达到165亿美元，2022-2030年的复合年增长率将达到7.0%。

近期，不少企业推出新款复合材料，助力车用塑料部件加工降本提质。

一体成型的热塑性复合材料

三菱化学集团开发的具有可回收性的功能选择性热塑性复合材料GMT，可通过一体化成型减少部件数量并简化装配过程。还有高性能工程塑料DURABIO™，通过着色具有良好的可着色性以及具有抗刮擦性。它可以省略喷漆等二次加工，有助于减少生产过程中的二氧化碳。此外，还可以解决VOC的排放等环境问题。

此外，三菱化学集团还推出热塑性复合材料（ FRTP），该原材料具备阻燃性、可加工性能指标高和可回收性，可用于蓄电池外壳。

采用三菱GMT材料一体成型的汽车部件。

电动汽车底板组件一步压塑成型

朗盛品旗下的连续纤维增强热塑性复合材料Tepex dynalite（CFRTP）是可用于高效和机械稳定的车底板组件的轻质材料。近期，该材料已应用于理想L9和理想L8两款插电式混合动力SUV的面板。

汽车的面板需要面对严苛的要求，尤其是使用在保护油箱或电池的车底板组件，需要具备较高的抗穿透性、较强的能量吸收能力。

朗盛Tepex复合材料比类似的钢结构设计轻30%左右。与纯DLFT等其他材料相比，Tepex增强材料使车底板组件更坚固，硬度更高，能量吸收能力更强。理想L9和L8的大尺寸面板均由坚固的热塑性复合材料结构组成。它们采用压缩成型工艺制造而成，包括一个由高性能复合材料Tepex dynalite制成的加固嵌件以及一个DLFT（直接长纤维热塑性塑料）块。

车底板组件长约1.5米，宽约1米，厚度仅为3-4毫米。它包含一个由Tepex dynalite 104-RG600制成的1毫米厚的嵌件和另外一个由挤出工艺制成的DLFT块。这两种材料都经过加热和塑化，然后放置进模压模具，只需一个步骤就能塑为一体。Tepex嵌件的基体由聚丙烯组成，并用47%体积百分比的连续玻璃纤维粗纱进行加固。聚丙烯DLFT块含有40%重量百分比的长玻璃纤维。

车底板组件可以采用传统的压缩成型工具制造，这可以确保高效的生产。DLFT能够以经济的方式制成直接挤出物，并构成组件的主要部分，这也有助于提高成本效率。

聚氨酯HP-RTM制造工艺实现“以塑代钢”

科思创与高新技术企业卡涞科技共同推出了使用高压树脂传递模塑成型（HP-RTM）工艺的聚氨酯电池包上壳体解决方案，并在主流动力电池制造商实现批量生产。本次合作研发开创了聚氨酯复合材料在新能源汽车电池包领域的应用。

聚氨酯HP-RTM制造工艺实现“以塑代钢”，可用于电池包。

据介绍，该款聚氨酯电池包上壳体解决方案在今年通过了欧盟REACH和RoHS认证，以及中国GB38031-2020的标准化测试，并在机械性能、高温高湿老化、氙灯老化、耐酸、耐碱、耐高温和绝缘性能等一系列标准化测试中表现出色。全新的聚氨酯HP-RTM制造工艺实现了“以塑代钢”的减重要求。

相较于其他工艺，全新的HP-RTM工艺使用自动化铺层技术，效率大幅提升，降低了制造成本。生命周期评估显示，相较传统金属工艺，使用HP-RTM工艺产生的二氧化碳排放也更低。

STM聚氨酯复合材料电池包壳体

不久前，搭载巴斯夫所开发、基于STM工艺的聚氨酯复合材料电池包壳体解决方案的几款电动汽车已经实现了大批量上市。

经过充分的量产验证，这项解决方案兼具阻燃好，重量轻，可以提升电动车的驾驶安全性。此外，在生产方面，它可直接应用于现有成熟的汽车供应链和生产设施，生产的效率高，非常适于汽车行业的快速大规模生产，是电动汽车电池包减重降本的理想解决方案。

采用巴斯夫特性材料开发的STM 聚氨酯复合材料电池包壳体，采用微发泡技术，可以大大降低部件密度，轻松实现壳体减量的目标，同时拥有关键专利技术使得部件可以满足气密性试验与沉水试验要求。

在轻量化的同时，该复合材料拥有着高强度和高韧性的特点，为壳体保证了足够的机械性能。

据了解，巴斯夫的STM聚氨酯复合材料解决方案，其工艺无需预成型，生产效率远远高于其他传统的聚氨酯复合材料成型工艺。目前国内汽车行业已有成熟的产业链和供应商可以快速提供量产的产品。同时,新量产项目的设备及模具投入成本也非常低。

以预制件生产复杂的车辆结构件

Cannon Tipos公司和Coriolis 复合材料公司联合开发了一种制造工艺，可以从接近净形的干预制件中制造出复杂的碳纤维增强复合材料（CFRP）部件作为半成品。

该工艺的关键组成部分是高压树脂传递模塑（HPRTM）工艺和Coriolis的自动纤维定位（AFP）。该合作产生的组件目前正在进行适合批量生产的测试。该工艺实现了20秒的生产循环节拍时间，并显示出符合要求的机械性能，但重量最多减轻了80%。

该公司生产的自动纤维放置（AFP）设备允许连续纤维或短纤维以不同的方向放置，甚至是复杂的几何表面，同时最大限度地减少材料浪费。

干式AFP二维预制件由单向（UD）取向碳纤维的优化纤维薄片组成，每层纤维重量为280克/平方米，纤维体积分数为55%。一种特殊的粘结剂技术被用于注射快速固化的兼容环氧树脂系统。改进预制件的可塑性、纤维浸渍和可修剪性（使用三维水刀工艺），以实现接近净成形的几何形状，可将总体废品率降低达50%。

Cannon Tipos钢制模具的设计压力最高可达120巴。最小化的微孔确保了树脂与固化剂在恒定温度下的最佳反应，最大偏差为2℃。此外，在注射阶段有最小的背压，真空时间应最大化，以避免冲刷损失和气泡的产生。由于高度抛光的腔体与Coriolis的预制件技术相结合，部件的表面质量特别好。

汽车碳纤维复合材料将高速增长，2029市场规模有望达43.86亿美元

近日，Ameliate Digital Consultancy Private Limited的市场研究和咨询部门Exactitude Consultancy正式发布了汽车工业用碳纤维增强热塑性复合材料市场发展分析报告，根据报告市场分析结果显示，2022年全球汽车工业用碳纤维热塑性复合材料市场规模为7.123亿美元，预计到2029年将达到43.86亿美元，2023年至2029年的复合年增长率高达29.65%。

汽车用碳纤维热塑性复合材料是通过使用碳纤维对热塑性树脂基体进行增加得到的一种复合材料。像碳纤维这样的高性能材料其耐用性是钢的10倍，而重量只有钢的五分之一。

为了开发一种独一无二的产品，可用于制造耐用和轻便的汽车部件，碳纤维通常会与一种或多种聚合物相结合。汽车的内部和外部都是使用这些热塑性材料设计的。

碳纤维增强热塑性复合材料在汽车应用中的另一个主要优势体现在它具有很强的抗变形和耐酸碱腐蚀能力。在过去的几年里，人们越来越关注CFRTP帮助汽车行业满足节能和减少二氧化碳排放要求的潜力。

碳纤维增强结构具有坚固、轻便、承载能力强等特点，而且对降低汽车重量至关重要。虽然其优势明显，但也存在一定的制约因素，主要障碍之一是，与用于开发各种汽车零部件的其他纤维（玻璃纤维、天然纤维）相比，碳纤维的成本较高，因为小型汽车零部件制造商无法投资昂贵的碳纤维。另一个障碍是汽车制造商在实施碳纤维复合材料零件回收或垃圾处理系统方面犹豫不决。

为了减少污染，电动汽车和太阳能汽车的数量不断增强，而随着环保型汽车的出现，汽车用碳纤维热塑性复合材料的市场将扩大。例如，塔塔汽车Tata Motors公司在其位于浦那的制造厂推出了混合动力和电动Star巴士，作为其零排放大众运输解决方案的一部分。而政府法规也将间接促进汽车行业中碳纤维热塑性复合材料的发展。

在汽车工业用碳纤维热塑性复合材料领域，全球范围内主要参与公司包括Basf、Cytec Solvay Group、Plasticomp、Dowaksa、Sgl Group、Toray Industries、Teijin Limited、Hexcel Corporation、Arkema S.A.、Mitsubishi Chemical Holdings Corporation、Covestro Ag、Plasan Carbon Composites 等。

今年在相关领域主要进展包括：2023年1月19日，富士通有限公司和帝人宣布启动一个合作项目，在2023年1月至3月期间提高用于建造自行车框架的回收材料的环境价值。E Bike Advanced Technologies GmbH和V frames GmbH都是德国碳纤维增强塑料自行车车架的生产商和经销商。瑞典初创企业Solerial Matsions正在开发一种碳纤维纳米颗粒添加剂，采用增材制造技术来降低汽车结构部件的成本和重量，同时提供更好的保护。

素材来源 | 碳纤维及其复合材料技术，作者 | 钱鑫博士

电动汽车蓄电池箱用复合材料

来源：中国汽车工业协会

2023年1月12日，中国汽车工业协会发布了2022年汽车市场产销数据。2022年我国汽车产销分别完成了2702.1万辆和2686.4万辆，同比增长3.4％和2.1％。其中，新能源汽车在2022年的优异表现成为我国汽车市场保持正向增长的关键。

2022年我国新能源汽车全年产销量分别完成705.8万辆和688.7万辆，同比分别增长96.9％和93.4％，市场占有率达到25.6％，高于2021年12.1个百分点。

而网络数据显示， 2022年11月份，全球电动汽车销量继续保持两位数的同比增幅（46%）,电动汽车销量占全球整体汽车市场18%的份额,其中纯电动汽车的市场份额增长到13%。

毫无疑问，电动化已经地成为全球汽车产业的发展方向。在全球新能源汽车爆发式增长趋势下，电动汽车蓄电池箱用复合材料也迎来了极大的发展机遇，各大车企也对电动汽车蓄电池箱用复合材料技术和性能提出了更高的要求。

来源：玻璃钢商情

高电压电动汽车电池系统的箱体需要平衡一些复杂的要求。首先，它们必须提供长期的力学性能，包括扭转、弯曲刚度等，以便在电池组寿命期间承载沉重的电池，同时保护电池免受腐蚀、石子撞击、灰尘和湿气侵入以及电解液泄漏的影响。在某些情况下，电池箱体还需能够防止静电放电和来自附近系统的电磁干扰/射频干扰。

其次，在发生碰撞时，箱体必须保护电池系统，防止撞碎、刺穿或因水/湿气进入而引起短路。第三，电动汽车电池系统必须有助于在各种天气下充电/放电期间将各单格电池保持在理想的热运行范围内。在发生火灾时，它们还必须尽可能长时间地保持电池组不接触火焰，同时保护车辆乘员免受电池组内部热失控产生的热量和火焰的影响。此外，还存在重量对行驶里程的影响、电池堆叠公差对安装空间的影响、制造成本、可维护性和使用期满的回收等诸多挑战。

迎接挑战，上海科欣易普材料有限公司独创性地开发出零VOC的特种预浸料基体树脂(专利产品) FXR/FXC-800。该预浸料制品具有优异的拉伸特性、抗冲击性和耐腐蚀性，可广泛取代目前常用的不饱和聚酯(UPR)、乙烯基酯树脂(VER)等基体树脂,可应用于SMC/BMC、碳纤预浸料等工艺。

FXR/FXC-800不同温度下粘度变化

自主增稠特种树脂——FXR/FXC-800特点：

原料环境友好,100%固含量，不含任何溶剂，无VOC挥发，符合环保生产要求；
体系自主化学增稠，无需额外添加增稠剂；
优异的机械性能，特别是材料的韧性和抗冲击性能；
低粘度，优异的浸润性，最高可达45%的填料加入量；
预浸料在室温环境下的保存周期可达1月；
原材料成本适中,并可无缝切换现有的工艺；
可快速成型，提高生产效率；
可采用UV固化等工艺。

此外，上海科欣易普材料有限公司还推出了PXR-311、PXR-611等新能源汽车电池用结构粘接胶等产品，为电动汽车蓄电池箱提供更多解决方案。

新能源汽车复合材料结构板簧轻量化技术分析

一、汽车轻量化发展必要性

汽车制造行业发展中，汽车轻量化是对汽车技术的创新与改进，对控制汽车能耗、减少汽车燃油量意义重大、复合材料板簧作为汽车的重要组成部分，其在汽车轻量化发展中有着不可替代的作用。因此，本文通过介绍汽车负荷板簧工艺，对汽车轻量化发展中复合材料板簧的具体应用展开研究，借此在汽车材料轻量化基础上，实现整车轻量化，推动汽车技术改革。

1、技术环境

目前，高强度钢铝镁合金广泛应用于商用车，使得轻量化的空间非常有限。复合材料也用于商用车非承重结构（如导流板等），但复合材料很少用于国内商用车承重结构（如板簧、车架等）。主要原因之一是其载荷强、结构复杂、技术困难和风险大。为了实现国内商用车突破性的轻量化效果，必须加强负载品中密度轻、强度高的复合材料的应用。复合钢板弹簧与其他运载部件相比，对减少汽车质量有明显效果，目前已成为国内商用车轻量化研究的热门产品。

2、生态环境

近年来，我国已成为世界最大的石油进口国。据我国石油经济技术研究院发布的《2019年国内外油气行业发展报告》数据显示，2019年我国原油净进口首次超过5亿t，原油对外依存度首次超过70%。从2004年的40%到2010年首次突破了50%的国际警戒线，从2016年的60%到2019年的70%，我国石油的对外依存度不断突破。据国家统计局，2020年1—7月，我国进口原油3.2亿t，同比增长12.1%。资料显示，我国矿石资源对进口石油资源的依赖程度很高。因此，我国需要解决石油危机，减少对石油等矿石能源的依赖，复合钢板弹簧在汽车轻量化方面的应用有助于更好地解决能源依赖问题。

在汽车悬架系统中，板簧属于该系统的重要结构，其参数设计合理性、准确性，直接应着汽车舒适性、稳定性。传统汽车技术中，汽车悬架制造使用弹簧钢加工，但却导致汽车整体重量较大，所以在汽车轻量化发展的今天，相关人员可通过降低复合材料板簧自重来控制整车重量。因此，深入探究复合材料板簧在汽车轻量化发展中的应用，对实现汽车轻量化目标有着重大价值。

二、钢板弹簧概述

1、作用

钢板弹簧主要由多片宽厚相等但长短不一的弹性钢片组成。采用悬架技术将车架和车桥相连，以承受轮胎对车架产生的冲击力，同时具有缓冲减振的功能，保证汽车行驶平稳性的同时提升驾驶者的舒适度。

2、分类

钢板弹簧主要分为多片簧及少片簧两大类。多片簧是将多片直径相同，但长短不同的钢材叠加一起，将多片钢板弹簧的各片钢材叠加成倒三角形状，最上端的钢材最长，最下端的钢材最短，钢材的片数和客车的载荷有关，因此钢材片越多、厚度越大，弹簧刚性也越大。不过，当钢板弹簧工作时间久了之后，各片之间还会相互滑动摩擦引起巨大噪声，而钢片之间的相对磨损也会造成弹簧产生扭曲，导致机器运转不顺畅。少片簧则是将两头薄中间厚的钢材叠加在一起。由于少片钢板弹簧的钢材断面长度变化较大，从中部到两头的断面宽度也会逐渐变化，因此轧压过程就比较复杂，价钱也比多片簧高。在同样刚性的情况下，少片簧较多片簧轻50%左右，从而降低了相对磨损和振动，也提高了使用安全性。

3、原理

钢板弹簧通常安装在车辆悬架内部，当车桥与车架之间互为依靠时，当钢板弹簧接受的垂直负荷为正向时，各弹簧均因受力情况而变化，有向上拱弯的趋势。当车桥和车架之间彼此脱离时，钢板弹簧承担的方向垂直负荷和变化便逐步减少。

主片卷耳受力最强，比较容易损坏。为改变主片卷耳的受力状况，常把第2片末端弯成小卷耳，包在主片卷耳的最外侧，叫做包耳。为了在弹性变化时各片之间有相应滑动的机会，可以在主片卷耳和第2片包耳间留出很大的空间。但有时在钢板簧片两端也不做卷耳，而是使用另外的支承连接方法，如橡胶支承垫。

4、优缺点

钢板弹簧的好处是构造简单，运行安全可靠，成本便宜，维护简单。它既是悬挂的弹力部件，也是悬挂的导向装置。一端与底盘铰接，能够传输各类动力与扭矩，同时具有摩擦减振的功能，因此被广泛用于非独立悬挂上。不足之处是一般作为非独立悬架，自身质量较大，刚性大，舒适度较差，且纵向宽度过大，不利于减少车辆的前悬和后悬间距，易于与车架连接的钢管弹簧销磨损等。

三、复合材料板簧概述

1、国内外发展

板簧作为轻型商用车的主要承载部件，市场需求量巨大。如果能够攻克复合材料板簧设计及工艺等产品瓶颈，其将有巨大的市场潜力及销售利润，同时也可减少能源冶炼及钢板弹簧制造业对环境产生的污染，实现绿色制造，助力“双碳”目标。

自20世纪70年代初起，美国、英国和德国相继研制出了复合材料板簧，就其原料、构造、成形技术和工艺等方面展开了研究，并将复合材料板簧成功地运用在了客车和轿车上。20世纪80年代末，美国将复合钢板弹簧投入商品化生产，并广泛应用在牵引车上；德国的IFCComposite公司推出了一种新型板簧来取代在奔驰、凌特和大众汽车的传统钢板弹簧。而这种新型复合材料板簧和普通钢板弹簧相较，整体质量可以减小40%～50%，疲劳寿命可以达到20万次以上，远高于普通钢板弹簧的16万次。Mubea公司玻璃钢板簧荣获2020年Altair启蒙奖，如图所示。

目前在国内，虽有院校对其进行深入探究，但由于技术落后、结构创新性不足等，无法完全掌握复合材料板簧的设计技术。现阶段仅北汽福田轻卡进行小批量产品应用，一汽、东风、江淮等主流车厂均进行了产品和技术储备，部分通过了样件制作、台架试验及整车试验阶段。

2、主要优势

复合材料板簧在现代轿车轻量化发展中的运用，就是利用该类板簧高强度、质量小、成型快等优点优化了轿车悬挂系统结构，并最终达到减小轿车整体质量的目的。

相比于传统钢板弹簧，复合材料板簧的弹性较高，吸震力强，振动阻尼高，能在车辆行驶中有效利用自身特性，改善车辆舒适度和平顺性，减少颠簸感；另外，该种钢板弹簧的主体材质是玻璃纤维类复合材料，抗疲劳特性较强，疲劳寿命是一般钢板弹簧的2倍以上；复合材料板簧中还含有较多的独立玻璃纤维，单根玻璃纤维破裂后对车辆所造成的负荷能够自由转移至其他玻璃纤维中，以防止破坏悬架构件的承载能力。

3、材料选择

复合材料产物是指由2种或2种以上截然不同特性的物质，根据某种综合方法所组成的结合物质。复合材料中的连续相称为主体物质，其分散相称为强化物质。基质的主要功能是支撑强化材料，并避免强化材料磨损和侵蚀，而强化材料则以相对独立的形式均匀分布在基质中。复合材料的应用目的是在符合结构的强度、刚度和稳定性等条件下尽量地降低结构成本，所使用的复合物应当达到对结构的寿命要求并保证货源充足，易于搬运、贮存，常用的增强材料主要为E-玻璃纤维、S-玻璃纤维和碳玻璃纤维，而生产复合材料板簧用的热固性树脂基体则主要由聚酯纤维、乙烯基树脂和环氧树脂等组成，可综合考虑价格、性能、优势确定更好材料及材料配比方案，以此保证高性价比复合材料板簧的诞生。

4、成型工艺

复合材料板簧开发过程非常复杂，其生产工序主要分为缠绕建模成型、高压环氧树脂传递建模成型、SMC拉挤成型等工序。其中，缠绕建模成型工序是将玻璃纤维复合材料预浸后，将其缠绕在模具上，然后再经过合模、凝固等加工方法，形成复合材料板簧；高压环氧树脂传递建模成型指使用高压将环氧树脂按对冲风险比例混合，并灌注在事先铺有玻璃纤维增强材料和预置嵌件的真空密闭模具里，经树脂流动充模、浸渍、固化和脱模，从而得到复合材料制品的成型工艺；SMC拉挤成型工序则是以牵引力为主要作用力，通过模具固化浸渍后的玻璃纤维带、纤维织物，以连续制造断面形式不同的复合材料板簧。

编织成型的优点是硬度较高、疲劳特性好、制造效率较高、工艺简单易于管理，但面临着结合力不强、容易劈裂等主要问题；拉挤法的优点是能够连续性拉制不同尺寸的复合材料板簧，但对于连续制造变截面结构钢板弹簧仍具有一定的技术难度，且制造成本较大；而RTM工艺既可制造中等直径宽度又能制造大变截面结构钢板弹簧，还可以进行金属嵌件式操作，但其存在纤维铺层有变形、操作环境差、环保不易达标等问题。模压成型可满足目前等大不同直径形状叶片弹簧的生产，其制品紧密、外表光洁，方便后期的工业化生产。

四、复合材料板簧优势

与钢板弹簧相比，复合板簧作为国内新兴产品主要具有3个优点：一是板簧轻量化效果明显，复合材料板簧与钢板弹簧相比，在保证板簧可靠性的同时，可减小质量60%；二是疲劳寿命明显提高，钢板弹簧的疲劳寿命为16万次，复合板簧的疲劳寿命约为30万次，寿命提高87.5%；三是安全断裂预警，与钢板弹簧相比，当汽车在极其恶劣的环境中工作时，复合板簧会沿长度方向缓慢开裂，但仍能保持轴的位置不变，以确保车辆和乘客的安全。

五、新能源汽车悬架弹簧的轻量化设计

高强度级别弹簧钢使传统车桥系统的螺旋弹簧能够实现冷成型。因此，它们为重型乘用车和轻型商用车提供了较高的材料利用率。在弹簧结构中使用玻璃纤维增强塑料以及新的车轴概念带来了进一步的轻量化潜力，此外，还提供了更大的功能集成和额外的电气化安装空间。

悬架弹簧在客车的各个方面都起着重要的作用。整个车辆质量依靠这些弹簧，而它们的柔性缓冲了传到乘客舱的震动。对于驾驶员和乘客来说，前后轴上弹簧力和弹簧刚度的调整保证了安全舒适的驾驶体验。

不考虑能量回收，电气化车辆平台和插电式混合动力车的底盘轻量化设计仍然非常重要。同时，增加的车辆重量需要更高的弹簧力和弹簧刚度，因此需要更高的弹簧质量。通过对经典钢弹簧材料的最佳材料利用，或通过替代材料(如弹簧结构中的长纤维增强塑料),经济、轻质的设计获得了成功。

由GFRP制成的适合材料的弹簧设计

玻璃纤维增强塑料由于其比拉伸强度和比弹性模量的有利比率而提供了巨大的轻质设计潜力。特别是当用作片簧材料时，理想的轻质材料的这些特性可以以最佳方式得到利用。当弹簧主要承受张力、压力或弯曲时，这总是可能的。这是因为可以使用单向层结构，其中负载基本上由高模量纤维吸收。

对于GFRP螺旋弹簧，由于弹簧横截面主要受扭转应力，这需要具有变化纤维取向的定向层结构，因此重量轻的设计潜力显著降低。这里的限制因素是材料的横向拉伸强度，与纤维占优势的强度相比，横向拉伸强度显著降低。除了较低的轻质设计潜力之外，这种弹簧具有降低的抗下垂损失性、在较高温度下降低的耐久性以及增加的安装空间需求。

弯曲弹簧设计弥补了这些缺点中的一些，因为在最广泛的意义上，这是一系列相互连接的弯曲梁。弯曲梁截面主要承受弯曲应力，这对轻量化设计潜力有积极影响。这种设计的缺点是弯曲时在曲折部分会产生横向拉伸应力。这可能导致过早失效，尤其是在高温下。此外，还需要安装空间，以确保弹簧的稳定性和注重耐用性的接口设计。

横向板簧是单向GFRP的理想应用。如果横向板簧除了为结构的垂直运动储存弹性能量之外还承担其他功能，这一点尤其正确。通过双弹性内轴承，侧倾稳定的集成是可能的。除了弹簧的宏观设计之外，内部轴承的位置和刚度也是决定性的。例如，在车辆的横向方向上，更大的轴承支撑底座提供了增加滚动行程比的可能性。

功能集成的另一个阶段是除了悬架和侧倾稳定功能之外，将车轮导向与横向钢板弹簧集成在一起。一个横向板簧和两个导向轮减震器，更换整个多连杆轴系统。弹簧的尺寸、内轴承的位置、弹簧与车轮托架的连接设计以及减震器的调节都会显著影响弹性运动学。

这种功能集成横向钢板弹簧的概念提供了显著的额外重量优势，因为所有控制臂和连杆都可以更换，并且副车架和车身结构可以简化。此外，在车辆的纵向方向上节约成本和空间增益的潜力是可能的。在后轮驱动的电气化测试车辆中，在对后轮轴进行全面的计算机辅助工程(CAE)和多体仿真(MBS)分析之后，实施并验证了这种功能概念。

评估证实了在横向力下关于外倾角和前向轨迹的行为，该行为定性和定量地在具有多连杆轴的参考车辆的范围内，图6。通过内部和外部橡胶轴承的目标纵向顺应性，在没有副车架对车身的弹性支撑的情况下，可以实现相当的舒适性，尤其是在类似冲击的纵向力下。通过优化外轴承的轴向刚度，纵向力下的预轨迹变化也可以达到多连杆轴的水平。此外，使用完整的道路负载数据输入对车轴概念的耐久性进行了测试。横向钢板弹簧既没有显示外部损伤也没有显示内部损伤。

六、总结

板簧是汽车悬架系统的关键性零部件,也是汽车减重的重要组成部分.占车体自重的5%-7%。复合材料板簧相对于钢板弹簧至少减重50%，同时还具有更高的疲劳寿命,更佳的阻尼效果以及更良好的耐腐蚀性等性能，当前传统钢板弹簧项目，普遍存在生产工序多、设备占地面积大、能耗高、自重大等缺点，在“双碳”战略和汽车轻量化背景下，传统钢板弹簧已渐渐难以满足汽车行业的发展需要。多片簧向单片簧升级、换代，将成为未来发展的必然。

复合材料板簧在轿车轻量化工程中的应用，将进一步丰富轿车悬架设计，更好发挥板簧强度高、弹性应变大等优势，进一步完善汽车悬架结构，有效控制外部环境对汽车造成的冲击。但在复合材料板簧的实际运用中，相关人员还应结合板簧制造工艺、参数设计等方面入手，并利用板簧的轻量化，加快实现汽车的整体轻量化。

文章来源：汽车工艺材料

新能源汽车碳纤维复合材料车门轻量化设计

汽车轻量化是在保证其基本的使用性能、安全性和其成本控制要求的前提下，从结构、材料、工艺等方面，应用新设计、新材料、新技术来实现对汽车整体的减重，以完成汽车向“低能耗”、“低排放”的转变。材料轻量化是实现车身轻量化设计的主流方向之一。

作为车身的关键部件之一，车门需要保证足够的刚度、强度，从而使整车具有良好的安全、振动噪声和耐久性能。碳纤维增强复合材料以其优异的综合性能、高比强度和比模量和灵活的可设计性在众多新型轻量化材料中脱颖而出。碳纤维增强复合材料的密度仅为钢材密度的20%,铝合金密度的60%,其应用可以使车身减轻30%~60%,其质量仅为钢的1/4,强度则是铁的10倍，是一种理想的轻量化替换材料。陈静等的研究表明，结构优化后的碳纤维材料电池箱在质量减少的同时，提高了刚度和模态频率；陈伟旳将碳纤维材料引入汽车B柱支撑板，在确保碰撞性能的情况下减重55%。

商业领域中，碳纤维材料已经大量应用在宝马、奥迪等量产车型的车身结构中叫薛娇问基于传统金属材料的汽车B柱，使用等代设计的方法将原有的金属材料替换成碳纤维复合材料，并在有限元软件中进行仿真分析。结果表明，碳纤维复合材料的汽车B柱相较于原版的B柱拥有更好的力学性能，其质量减轻了40%；Belingardi等为了能将复合材料利用到保险杠的加工制造中，用数值仿真技术进行了验证，结果表明，在吸收相同撞击力和承受相同载荷的情况下，碳纤维复合材料制成的保险杠总体质量更低。可见,碳纤维增强复合材料是汽车轻量化新型材料的优良选择。

对于将拓扑优化应用到结构轻量化设计中，国内外的学者也做了大量研究。杨畅冈基于变密度法和SIMP惩罚优化准则来构建拓扑优化，对汽车传动轴进行了轻量化，结果使车轴总体上降低了10%的质量。孙志远等用拓扑优化的方法对汽车前车架进行了轻量化设计，车架在结构优化后减轻了30.8%;Kiani等用拓扑优化的方法对镁材料的车身进行轻量化设计，仿真结果显示了车身在满足碰撞和振动要求下，质量大幅减少。

本文采用碳纤维复合材料代替传统钢制材料车门进行轻量化设计。首先对传统车门进行静力学和模态性能分析，然后以分析结果为参考，采用等质量替换法，获得碳纤维复合材料车门的有限元模型，以复合材料车门质量最小化为目标函数，静态性能为约束条件，进行了自由尺寸优化、尺寸优化、铺层顺序优化，最后进行了优化规整和性能验证，实现了在满足性能要求的前提下，车门整体减重48.3%。

1传统车门有限元模型与性能分析

1.1有限元网格的划分

车门是由多个零部件组成的，包括车门外板、车门内板、防撞梁、玻璃窗框、铰链加强板、门锁加强板、翻边及其余部件（如导轨等）。

在CAHA中建立几何模型，导入HyperWorks,进行网格划分，网格划分结果如图1所示。

对整个车门的所有网格进行质量检查，主要参数如表1所示。

1.2传统车门的静力学和模态分析

依据国家有关强制标准，参考FMVSS和ULSCA研究成果，综合分析新能源汽车车门在许多研究中施加的工作载荷，确定了4种典型静力学工况，分别为垂直工况、车门窗框角部工况、上部扭转工况、下部扭转工况。以垂直工况为例，车门垂直受载下的载荷模型如图2所示。

考虑乘客支撑力200N和车门自重550N,载荷大小设定在750N。设定车门采用铰链连接，施加车门铰链处全约束，车门门锁处则仅约束X方向上的平动。

在这种工况下，采用车门沿Z轴负方向上的最大位移量作为评价指标，最大位移量越小，说明车门刚度性能表现越优秀。在OptiStruct模块中进行有限元分析，获得车门位移云图。依据FMVSS和ULSCA研究成果，并与本文仿真数据比较，设置参考临界值为10mm。最大位移发生在窗框角部，大小为7.52mm,而jiao铰链处变形程度很小。刚度性能满足设计要求。

以同一方法对另外3种工况的车门进行静力学分析，刚度性能均符合要求。各个工况下的最大位移如表2所示。

对车门进行约束模态分析，考察振动特性。在约束模态的仿真结果中，一阶模态反映了车门的整体振动特性。汽车电机在启动时，其自身产生的振动频率为20~30Hz，所以车门最低阶频率应该尽可能避开这个区间。本次对原车门的仿真分析结果显示1阶模态频率是45.12Hz。避开了环境综合激励频率，合乎设计标准。

2复合材料车门有限元模型及性能分析

2.1碳纤维复合材料的替换

碳纤维复合材料具有比强度、比模量和比吸能高等诸多突出优势，还拥有良好的抗疲劳性、耐腐蚀性，零件使用寿命高，有利于汽车轻量化设计,未来随着原料成本的逐渐下降与高效制造工艺的不断成熟，碳纤维将得到更广泛的应用。本文选取采用纤维增强型复合材料，主要选取的材料为环氧树脂单层板复合材料，其具体参数见表3。

在考虑单层板的加工工艺以及制造成本基础上，本次研究选取单层板的最小厚度0.1mm。采用等质量的替换方法，以0.1mm作为每层的最小厚度，具体计算方法如下：

(1)金属车门总质量记为m1；

(2)将金属材料车门外板的总体积v1,与复合材料车门的体积V2作比值，所得出的一个比例系数乘上原有车门外板的厚度，则总的铺层厚度t也可知；

(3)复合材料车门总质量记为m2，由V2和复材密度的乘积而得出；

(4)将m2与m1之差的绝对值与金属材料车门的总质量m1的比值作为误差率，该误差率允许范围为1%。

具体的零部件总厚度计算公式为：

其中：t—零部件的厚度；m—质量；ρ—相应材料的密度。

通过上述方法获得各部件的厚度，使用OptiStruct软件计算出原车门质量为15.53kg,然后进行等质量替换，获得碳纤维材料车门质量。替换后的车门总质量为15.56kg，总质量误差在1%以内，符合了替换要求。部分零部件等质量替换结果如表4所示。

2.2复合材料车门的静力学分析和模态分析

参照原车门分析方法进行复合材料车门的静力学分析。复材替换后的车门在垂直工况下，云图的单元体位移分布与原车门相似，但是由于碳纤维材料本身刚度优良的特点，Z轴方向上最大垂直位移为6.451mm,变形明显小于原车门的7.518mm。

以同样方法对其余3种工况下的复合材料车门进行静力学分析，复材替换后车门的最大位移均小于原车门，具体位移数值见表5。

进一步对复材车门进行约束模态分析，仿真分析结果显示一阶模态频率是45.28Hz。避开了环境综合激励频率，合乎设计标准。

发现在上文的等质量替换过程中，替换后的碳纤维车门模型厚度增加较大。在静力学的分析中，复材替换后的车门在所有的工况仿真中，刚度表现都优于原车门。在模态分析中，复材车门能够满足车门振动稳定性。综上所述，该款车门从结构角度和材料替换角度存在优化空间。

3碳纤维复合材料车门的结构优化设计

采用自由尺寸优化、尺寸优化以及铺层顺序优化，具体的优化设计方案流程如图3所示。

其中，约束条件为在4种工况下受力之后最大变形不超过10mm;目标函数选择为车门所有零部件的质量最小化；设计变量为铺层的局部厚度。

3.1自由尺寸优化

通过自由尺寸优化对车门进行初步优化，形成设计优化方向。相比其他优化方式，自由尺寸优化消耗的时间更短,并且不会改变车门的三维结构,能够在满足约束条件的前提下，最大限度地减轻整体质量。设计变量设定为每个板件的厚度，约束条件根据前文中传统钢制车门的静力学分析结果，设定为Z方向上位移最大为±8.5mm,取1.5mm的裕度是为之后的进一步优化做铺垫，使车门始终满足最低的刚度要求。

第1阶约束模态频率为44.93Hz,符合工程要求。优化后的最大厚度出现在铰链加强板位置，车门内外板的中心面则普遍厚度大幅度下降，很多呈现厚度为1mm。而窗框的上沿和车门底端则一部分厚度为4mm左右，符合之前的分析结果。

考察自由尺寸优化后的复合材料车门静力学特性，最大的位移变形出现在上部扭转工况中的车门外板下沿位置，数值为&097mm,小于最大的限制位移8.5mm。

3.2尺寸优化

尺寸优化是对模型具体细节参数的优化，在不改变模型形状和连接方式的基础上修正厚度、长宽等尺寸，使有限元分析结果能够满足静力学和模态频率要求。

对自由尺寸优化后的迭代结果进行尺寸优化,车门的最大厚度在自由尺寸迭代结果的基础上由10.7mm减少到6.718mm。

尺寸优化后的车门在垂直工况下最大变形位移出现在车门窗框上沿边缘处，数值为8.211mm,相比单纯的自由尺寸优化，刚度有所下降，但是仍然符合工程要求。

在优化后，每一层从原有的4层增加到了48层，最终铺层数目为192层。

3.3铺层顺序优化

铺层顺序优化是在不改变铺层厚度、形貌和结构的前提下，对车门铺层的叠加顺序进行优化，目的是在原先的基础上改善刚度和模态频率。

为了结构优化的方便，本文采用的初始铺层数目为4层。而在工程中对于4层的复合材料常用的铺层角度是0度、±45°和90°。图4为对每一层规整后的车门外板铺层图，表7则为优化后的车门外板的各铺层具体厚度以及角度分布的详细数据。

进行静力学分析后发现，经过铺层顺序优化后的刚度性能表现更好,相比于优化之前的车门，变形也减少了很多。优化前后车门在各工况下最大位移比较见表8。

之后对优化后车门进行约束模态分析来校核性能，得出一阶模态约束频率为47.11Hz,避开了环境综合激励频率，合乎设计标准。

4 结论

本文基于新型碳纤维材料和计算机辅助设计软件，对某新能源汽车的车门进行了材料替换和结构优化的轻量化设计。对碳纤维复合材料车门依托自由尺寸拓扑优化、尺寸优化和铺层顺序优化理论进行了结构优化，并校核了优化后车门的刚度和模态频率。模态频率和最大变形均满足要求，最终优化后的车门总质量为8.052kg,减重48.3%。

作者：张乐迪，程博彦，段耀东，曾超凡，董向峰

来源：《农业装备与车辆工程》

新能源汽车用聚丙烯基微发泡复合材料

随着2060年碳中和发展目标的提出，绿色、高效的新能源汽车吸引了研究人员越来越多的关注。新能源汽车需要更轻，综合性能更优异的聚合物材料来实现汽车轻量化。聚丙烯(PP)具备良好结晶结构，有优良的力学性能、耐热性、耐腐蚀性以及低介电、低导热的功能，具有可回收、低成本的优势，在汽车中广泛应用。王滨等报道，在所有车用高分子材料中，聚丙烯用量最大，占比约37%，第二是聚氨酯，占比17.3%，其次有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，占比12.3%，高密度聚乙烯，占比11.5%，以及聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚苯乙烯等。

1 发泡聚丙烯材料的性能及其在汽车中的应用

对聚合物发泡材料的研究是新能源汽车轻量化重点。常用的有发泡聚丙烯、发泡聚乙烯、发泡聚氨酯和发泡聚苯乙烯，其性能对比如表1所示。发泡聚氨酯通过多元醇与多异氰酸酯经化学反应发泡制得，使用氟利昂类发泡剂和烷烃类发泡剂，对环境有不利影响，发泡残留的异氰酸酯可能影响健康，聚氨酯的发泡工艺简单。聚苯乙烯发泡时无需化学反应，生产污染较低，可通过多种加工方式制备，吸水率更低，耐化学性更好。发泡聚苯乙烯存在环境问题，难以降解和回收。聚乙烯是应用最早的发泡材料之一，作为烯烃类结晶材料，其具备强韧、耐低温、可重复利用等优点。

如表1所示，发泡聚丙烯与上述常见发泡材料相比，具有许多突出优势:其耐热性比发泡聚乙烯好，在常见发泡材料里是最优的;其刚性比发泡聚乙烯好，抗冲击性能优于聚乙烯和聚苯乙烯，缓冲吸能性能优异、保护性好、记忆性好，可承受多次连续撞击，契合保险杠、车门等轿车中保护部件的应用;发泡聚丙烯的耐溶剂腐蚀性好、不吸水、表面硬度适当、不擦伤与其接触的物体、无味，适合使用在车辆内饰中;发泡聚丙烯不含有毒物质，燃烧时无毒;可回收，满足可持续发展的要求。

发泡聚丙烯泡沫优异的综合性能吸引了聚丙烯合成厂家(BASF和燕山石化等)、聚合物改性材料厂商(日本JSP、日本Kaneka和会通等)和汽车主机厂(Volvo、吉利和上汽等)的多方关注。根据调研机构MarketsandMarkets和中国化工报的报道，发泡聚丙烯的全球市场容量随着应用的扩大不断增长，从2017年的10.0215亿美元到2019年超过12亿美元，2023年预计将达到16.488亿美元，其中亚太市场占比最大，达35%。比如，据JSP的Murata报道，将轿车座椅中最常用的发泡聚氨酯泡沫替代为发泡聚丙烯泡沫时，实现相同坐垫弯曲性能时，发泡聚丙烯的质量相比发泡聚氨酯下降了27%，约567g。发泡聚丙烯在汽车中的前保险杠、后保险杠、车门、前柱、工具箱、遮阳板、座椅和后备箱等处有应用。

发泡聚丙烯，尤其是微发泡聚丙烯在新能源汽车中有着良好的应用前景，但PP的线型链结构使其黏度低、熔体强度低，只能在结晶熔点附近发泡，发泡的温度区间窄，面临难以发泡均匀、拉伸强度较差的难题，发泡聚丙烯在加工方法和材料组分调控方面均面临较大的挑战。本文从微发泡聚丙烯的发泡机理出发，比较微发泡聚丙烯的制备加工方法，汇总微发泡聚丙烯的增强改性策略，意在对发泡聚丙烯的发展进行系统总结和展望。

2 微发泡聚丙烯材料的发泡过程和制备方法

2. 1 基本概念

微发泡聚合物材料，即通过化学或物理的手段引入大量微气泡，与毫米级泡沫材料相比，微发泡材料具有更优异的力学性能、热性能和低介电性能等。微发泡聚合物材料孔径在1～100μm，泡孔密度在107～1012个/cm3，泡孔分布均匀，材料总密度相比发泡前下降5%～95%。

根据气体来源可将发泡方式分为物理发泡和化学发泡。物理发泡是将氮气等气体与熔融塑料直接混合生成泡孔;化学发泡是化学发泡剂发生反应产生气体，在聚合物内产生泡孔。

2. 2 发泡过程

聚丙烯的发泡过程经过以下四个步骤:

(1)聚合物/气体的混合:发泡剂(气体)在聚合物中扩散，形成均相的聚合物/气体体系。该过程与气体浓度、压力和温度有关。

(2)泡孔成核:饱和聚合物/气体体系压力骤降或温度骤升，变为热力学不稳定的过饱和态，诱导泡孔成核，与聚合物与气体之间的界面张力、气体压力等有关。

(3)泡孔生长:气体进入泡核，扩大的泡核发生泡孔合并或泡壁破裂而生长，受聚合物黏弹性、过饱和程度和温度等因素的影响。

(4)泡孔定型:气体减少，泡孔生长减慢，聚合物基体逐渐冷却，泡孔逐渐定型，该过程受聚合物的冷却速率影响。

2. 3 发泡聚丙烯材料的制备方法

超饱和气体法是应用相对广泛的发泡方法，即形成均相的聚合物/气体体系，再通过气体过饱和，在聚合物中成核发泡。由此衍生出的发泡工艺包括釜压发泡、挤出发泡和微发泡注塑成型等。Okolieocha和王素玉等分别比较了微发泡成型技术的一些特点，其总结如表2所示。

2.3.1挤出发泡

连续式的挤出发泡，使微发泡PP连续的工业制备成为可能。PP颗粒自料筒进入挤出机腔体，加热熔融塑化，接着将一定压力的气体注入腔体内，高温和螺杆剪切使气体快速进入聚合物，形成均相聚合物/气体体系，接着体系从高温螺杆进入较低温的螺杆，最后进入口模段，压力骤降，诱导泡孔形核、生长，同时口模处的低温使泡孔定型，得到产品。双螺杆的设计是为了解决聚合物熔体难以在口模处可控降温，达到合适发泡温度的问题。挤出发泡生产效率是较高的，但对于发泡的熔体强度要求也最高，口模的限制使其难以稳定生产较厚的制品。

2.3.2微发泡注塑成型

微发泡注塑机，由常规注塑机和气体注入装置组成。聚合物颗粒自料筒进入高温螺杆腔体熔化，接着腔体内注入气体，经螺杆剪切混匀，形成聚合物/气体均相体系，最后注入模腔，由于模腔内的低压，气体过饱和，泡孔成核，生长，冷却定型。在发泡注塑中，泡孔生长会帮助熔体填满模腔，补偿因聚合物熔体冷却而导致的体积收缩。相比于其他成型方法，微发泡注塑成型的通用性强，在高生产率的前提下能够成型三维形状复杂制品，适用于新能源汽车部件的批量化应用。

常规的微发泡注塑成型仍然存在一些挑战：一是发泡率有限，这是由于熔体在封闭模腔内发泡，泡孔生长受到抑制；二是熔体注射阶段，剪切力强，聚丙烯等材料熔体强度低，泡孔易破裂，制品表面存在流痕、粗糙等问题。Zhao等报道了开合模微发泡注塑，即在熔体填充模腔后部分开模，将熔体填充模具过程与发泡过程分离，改善发泡时的熔体强度，制品的发泡率大大提高。Xiao等通过电加热和水冷的方式，调控模腔温度，将微发泡制品的表面粗糙度下降至发泡前的水平。

3 微发泡聚丙烯材料的增强改性

据相关调研，对新能源汽车减重10%，电池续航可以提升约14%，极大提高其能源利用率。微发泡聚丙烯因密度低、综合性能优异、价廉和可回收等特点被大量应用于汽车部件。但由于微泡孔的引入，微发泡聚丙烯对载荷的有效承载面积小，拉伸强度低。在聚丙烯中引入微纳填料制备复合材料是改善其拉伸强度的有效策略。微纳填料的引入，不仅可以直接调控聚丙烯复合材料的力学性能，还可以作为成核剂调控其发泡结构，进一步提升发泡聚丙烯复合材料的力学性能。作者总结了不同种类和维度的填料对PP发泡结构与性能的影响，如表3所示。

3. 1 零维填料改性微发泡聚丙烯

零维纳米颗粒是发泡聚合物改性的常用选择，主要包括SiO2、TiO2和CaCO3等。零维填料可以作为纳米成核剂，同时调控PP材料的结晶结构和泡孔结构，影响其力学性能。王向东等向PP材料中引入乙烯基纳米SiO2，刚性纳米SiO2粒子的引入可以阻碍PP分子链的移动，提高熔体强度，进而改善微发泡PP的发泡结构和力学性能。曾亮等利用超临界流体技术制备纳米TiO2/PP发泡复合材料，发现纳米TiO2/PP泡沫复合材料拥有更加致密的泡孔。

随着TiO2含量的增加，泡孔直径先减少后增加，但逐渐趋向均匀，复合材料的发泡能力得到有效改善，并且显著提升拉伸强度和冲击强度。在填料质量分数为3%时，TiO2/PP泡沫复合材料的拉伸强度达到35MPa，冲击强度为19kJ/m2，相较于普通PP泡沫，分别提升了25%和72.3%。杨春霞等制备了纳米碳酸钙(CaCO3)填充的聚丙烯泡沫复合材料，研究表明CaCO3填充后的泡沫复合材料具有优异的力学性能，比弯曲强度增加82.53%。这归因于CaCO3的成核作用促进PP的结晶行为，同时，纳米颗粒的引入增加了PP的熔体强度，从而减弱发泡过程中基体产生的双向拉伸作用，减少并泡、串泡现象，从而得到均匀致密的泡孔结构。

3. 2 一维填料改性微发泡聚丙烯

一维纤维填料由于其高的纤维强度，对聚丙烯力学性能的改善最为明显，常用的有玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)和芳纶纤维(AF)。研究表明，玻璃纤维和芳纶纤维的超高强度、高模量和耐高温可以实现对泡孔壁的增强，同时起到传递应力与承受应力的作用，增强复合材料的刚性、熔体黏度和尺寸稳定性。同时纤维的引入也可以发挥成核作用，促进PP材料的结晶行为和发泡行为。

杨春霞等通过开合模微发泡注塑成型制备GF/PP微发泡材料，研究GF含量对泡沫复合材料的发泡行为和力学性能的影响规律，随着GF含量的增加，复合材料的剪切黏度均有一定的提升，表明GF可以增强PP基体的熔体黏度，GF/PP泡沫的发泡倍率达到1.5倍，厚度方向上的孔径分布更为均匀，表明GF可以促进对孔径的细化，且经过发泡后，复合泡沫的弯曲模量比纯PP泡沫增加了103.23%，拉伸强度、模量分别增加了59.45%和54.81%。此外，GF还可以增强PP基体的热稳定性，提高复合材料的使用温度和使用寿命。

赵勇等通过微孔注射成型制备了不同长度玻璃纤维增强PP微发泡材料，经过微发泡注塑后，得到的复合泡沫减重约10%，但拉伸强度对比纯PP泡沫，均表现出一定程度的下降，这归因于注射成型的过程中产生的残余玻纤。但通过优化微发泡工艺，提升残余玻纤的长度，可以明显改善材料的力学性能。

段焕德等通过挤出和密炼的方式制备纤维增强的PP微发泡复合材料，根据在基体相、增强相和气相三者共存的情况下，探讨不同纤维(GF、AF和CF)对泡孔的成型方式和最终性能的影响。结果发现，添加纤维均可以改善PP材料的泡孔结构，得到的孔径减小，密度降低，且泡沫复合材料的拉伸、压缩、弯曲强度反而得到提高。其中碳纤维的改善结果最佳，发泡后，PP/CF泡沫复合材料的平均孔径降低到28.97μm，泡孔密度达到8.58×106个/cm3，孔径分布距离为9.22μm，此外，碳纤维对PP泡沫的增强效果也是最佳，对比纯PP材料，PP/CF复合材料的拉伸强度提高100.9%，压缩和弯曲强度分别提升80.4%和126.5%。

3. 3 二维填料改性微发泡聚丙烯

二维片层纳米材料比表面积大，在聚合物中提供较多的成核位点，是改善高分子材料力学性能常用的填料之一。张玉良等通过双螺杆挤出和超临界CO2发泡制备了石墨烯/聚丙烯发泡材料，发现石墨烯的加入可提高聚丙烯的成核性能和泡孔密度，同时还能降低体系黏度，使气泡拥有更大的生长空间。添加质量分数为1%的石墨烯，泡孔直径和泡孔密度分别达到213μm和1.1×106个/cm3，发泡倍率高达10.49倍。此外，闫文静等探究了氧化石墨烯对聚丙烯发泡性能的影响，与纯PP相比，加入氧化石墨烯后，复合材料的结晶速率有所提高，使PP的球晶尺寸和分布减少，从而降低材料的结晶度。同时，发泡性能有所提高，当填料质量分数为8%时，发泡效果最佳，得到的泡孔尺寸最小，约8.4μm。

3. 4 三维填料改性微发泡聚丙烯

商用产品中，出于成本考虑，会在聚丙烯中加入一些大的球形颗粒或具有不规则三维形状的填料进行增强改性，主要包括滑石粉和大玻璃微珠等无机材料以及木粉等天然材料。

李振华等采用化学微发泡的方法制备PP/滑石粉泡沫复合材料，发现相对纯发泡聚丙烯而言，滑石粉质量分数为20%时，得到的聚丙烯/滑石粉泡沫复合材料孔径更加均匀、泡孔尺寸也相对降低，这是因为滑石粉的引入提升了聚丙烯的熔体强度。赵丽萍等就滑石粉含量对聚丙烯材料发泡能力和力学性能的影响展开研究，发现滑石粉含量较低时，泡沫复合材料的泡孔分布更细密均匀，孔径分布较窄，也表明滑石粉可以改善PP的发泡效果。其中含有5%质量分数滑石粉的泡沫复合材料得到的泡孔形状最佳，无明显的泡孔合并和塌陷现象，且力学性能下降程度最低，接近于初始PP材料。郑祥等将云母粉加入聚丙烯中发泡制备PP/云母粉泡沫复合材料，当云母粉质量分数为6%时，泡孔直径下降到27μm，缺口强度稍有下降，但总体都高于未发泡的PP材料，并且拉伸性能并无太大的下降。

这归因于云母粉引入到PP基体后，形成大量粉体－基体界面，界面会出现许多低能点，可以降低气泡成核所需要克服的位垒，有利于气泡成核生长，微孔愈加致密均匀，越能减弱松弛裂纹尖端的应力集中，同时，泡孔在形变时会吸收部分能量，以提升材料的冲击强度。李少华等发现向聚丙烯中加入硅烷偶联剂处理后的中空玻璃微珠(HGB)，孔径明显均匀，泡孔尺寸普遍下降。当HGB表面进行改性后，增加与PP基体之间的相容性，因此接触界面更加紧密，施加外力后，HGB可以与基体一起形变，增加PP/HGB泡沫复合材料的有效承载截面积，因此冲击强度、弯曲强度和压缩强度分别达到25.6kJ/m2、11.2MPa和17.6MPa，力学性能得到明显增强。木粉、竹粉等天然填料具备价廉、密度低、不易变形、易加工、安全环保易降解且可再生等优点。

赵武学等制备竹粉增强的PP微发泡复合材料，研究填料含量对PP发泡能力的影响。当竹粉质量分数为7%时，泡孔直径降低，且泡孔倾向于均匀一致，无泡孔合并、塌陷现象，相对纯PP发泡材料降低约62%。木粉的加入也可以提高聚丙烯的模量和熔体黏度，防止气泡迁移和成长过快产生的泡孔合并现象，使得到的泡孔更加均匀致密。由于木粉等天然材料的热稳定性较低，付菁菁等探究发泡母粒含量对麦秸秆/PP泡沫复合材料热稳定性、发泡行为和力学强度的影响。结果表明，泡沫复合材料的发泡程度很大程度由发泡剂母粒控制，发泡剂质量分数为1%时，泡沫复合材料的分解程度最高，泡孔结构均匀，基体界面稳定，综合性能较高。然而发泡剂含量过高时，过度发泡使得泡孔结构坍塌，复合材料不稳定。

4 总结与展望

新能源汽车的发展对轻量化提出了越来越高的要求。微发泡聚丙烯因其密度低、优异的综合性能、价廉和可回收等特点被大量应用于汽车部件中。但一方面，由于PP材料本身结构带来的低熔体强度问题，使微发泡聚丙烯得到的泡孔结构并不令人满意，发泡制品成型加工中存在诸多挑战，研究人员通过改进PP的发泡工艺和设备，改善了发泡过程，未来还可以结合可视化设备和可视化模拟进一步研究发泡结构的时空演变过程，改进PP复合材料的微发泡工艺。另一方面，发泡聚丙烯的拉伸强度较低，研究人员通过引入微纳填料制备PP复合材料，调控PP的结晶结构和发泡结构，对PP材料进行增强。需要承认的是，强度增加后，如何同时维持原有的低表观密度和细小均匀的泡孔结构仍然是一个挑战。

未来研究需要更加关注填料与聚合物的界面调控对泡孔结构的影响，通过良好的界面调控泡孔结构，同时减少填料的使用量，继续降低微发泡PP的密度。最后，目前的研究人员多关注对微发泡PP加工性能和力学性能的讨论，随着新能源汽车电子化和信息化的发展趋势，微发泡聚丙烯材料在汽车电子、通信、热管理和电磁屏蔽等领域的功能特性同样值得关注。

作者：谢紫龙，唐小红，张琴，王珂，王杰，傅强

来源：《塑料工业》

汽车底盘 I 碳纤维复合材料在新能源汽车底盘的应用技术

1.从零出发

参与世界首台CFRTP汽车底盘研制工作的研究人员（名古屋大学）

2013年宝马汽车生产的电动车i3车身首次采用了RTM工艺热固性CFRP时，给汽车行业带来了巨大的冲击，该公司的在2015年款7系车上虽然采用了多材料化，但是CFRP的应用仅停留在作为铝、钢铁等增强材料。虽然不是结构部件，2017年丰田汽车将SMC工法的热固性CFRP应用在普锐斯PHV的后车门。

关于碳纤维增强热塑性复合材料，2014年丰田汽车将其应用在燃料电池车MIRAI的堆栈框架上，这也是首次在量产车上的应用。关于CFRTP其他的应用事例目前仍在研究阶段还没有达到实用化（图1）。

图1.CFRP成型技术与力学特性之间关系的路线图

日本5家汽车制造商为了寻求适用于量产车生产的CFRP制造技术，将目光着眼于LFT-D（长纤维增强热塑性复合材料工艺）工艺技术（图2），并于2012年在日本经济产业省的支持下成立了研发团队，由名古屋大学国家复合材料中心石川隆司教授担任项目负责人，之后该项目在2014年并入NEDO(日本新能源技术开发机构) 的“创新新结构材料研发”项目。

图2.LFT-D生产概念图

LFT-D是德国弗劳恩霍夫物流研究院提出的一种纤维强化塑料的制造方法，最初是将玻璃纤维和热塑性树脂（聚丙烯）混合而成的材料通过高速冲压成型。本项目为了提高力学性能，原料中使用了碳纤维和热塑性树脂（聚酰胺）。热塑性塑料与热固性塑料相比，具有材料价格便宜，成型时间短的优势。另外，作为热塑性塑料的特性，可以在接合中应用熔接和焊接技术，所以不需要粘合剂和铆钉，可应用于目前现行的汽车生产线，这对汽车制造企业来说具有极大的魅力。

本项目的主要特点之一是采取了大学与11家企业共同参与的联合体方式。各企业根据各自的经验，从零开始开发一种新的工艺，通过5年不断反复的改良，才取得了今天这样与企业诉求充分吻合的重大成果。

图3.经过改良后螺旋推进器的混炼·挤出机

图4.保温搬送装置中挤出的原料

2.不断进取、不断改良、追求完美

截至目前，本项目最主要的成果首先是以最佳条件形成LFT-D挤出原料，及完成了大尺寸零件的高速成型设备及系统（图5）。从原料的投入到成型品的完成只需5分钟左右，冲压成型所需的时间缩短到1~2分钟，能保障实现年产10万台规模的量产。其中系统设备研发中最难的一点是将碳纤维和热塑性树脂混炼的工序，这一点可以说是永远的课题。虽然混炼螺杆推进器的设计在多次改良积累了丰富的经验和诀窍，但在螺杆推进器中到底发生什么，仍然还有很多未解之谜。即使利用计算机模拟技术也不能完全揭开其真实的机理，仍然是将来需要解决的课题。

图5.大型LFT-D高速成型设备

在整个研发过程中，物料搬送技术的开发也相当艰辛。挤出材料接触空气后会因氧气而劣化，因此需要阻断氧气。另外，冷却后马上就会凝固，影响在冲压机中的流动，所以需要在保持温度的同时，如何高速向冲压机送料是关键，如何将它控制在分毫不差，是物料搬送技术的核心。

与混炼工序相反，冲压成型中的物料移动非常清晰。通过开发流动模拟CAE技术，并在成型试件的水准设定和模具设计中得以充分灵活的运用（图6）。

图6.CAE流动分析

关于材料的检测评估技术，申请了两项专利。其中一项专利是关于预填充物的制作方法，开发了多阶段稀释法的纤维长度分布测定法，实现了排除试样采集位置特异性的精度提高和效率化（图5）。另一项专利是测量纤维方向的方法，开发了X射线衍射法的纤维取向测定法，确立了平均取向角和取向顺序参数的计算顺序（图6）。

图7.多阶段稀释测定纤维长度分布

图8.根据X射线衍射测量纤维取向

图9.物料搬送技术的应用

3.“产学官”联合研发的样板工程

日本的“产学官合作”是指通过企业（产）与具有高端技术、高级专业知识的大学（学）以及政府（官）合作，谋求新产品的开发和新工程的创建，积极推进科技创新及其成果的转化。“产学官联合”是日本科技立国政策的重要举措，是在政府的支持下，充分利用大学强大的科研队伍和企业的经济实力，开发新兴技术产品，增强日本企业国际竞争力的机制。

本项目试制所选择的车辆标准是比钢铁轻的铝制车辆，而且是本次共同研发企业之外的车型。项目组购买了一辆莲花爱丽舍二手车，在拆解前测量了其扭转刚度（指汽车车架的扭转刚度），并以与之同等的刚度为本项目的设计目标。

从大尺寸平板的成型开始，取得基础数据，找出问题点。由于当初高质量的平板成型比较困难，经历了多次反复的试验。对于强度不足的部分，同时开展了作为增强材料使用织物（热塑性连续纤维CFRP）的混合成型的开发。在完成技术上最难的底盘平板后，逐步完成了包括侧梁等与实车完全一样的其他结构部件的开发。

图10.LFT-D汽车底盘的结构设计

关于接合，开发了与钢铁材料接合中使用的焊缝焊接同等水平的高速接合技术。虽然实现了解超声波熔接是有效的，但本项目中也实验了电磁感应和激光熔接。电磁感应对连续纤维有效但对不连续纤维不起作用，激光熔接虽然可以接合，但有专利等壁垒，仅限于研究范围。最终选择了超声波熔接，现状不能熔接的部分也并用了一部分，不过，为了发挥LFT-D的特性，从构造设计上下功夫，实现了全部熔接接合。不仅是LFT-D成型材料之间，也可与铝材料通过超声波熔接进行接合。同样也可以与钢材的接合，但是存在表面处理等未解决的问题，目前其研究仍在进行。

本项目中接合技术，有一部分在校学生获得了这次宝贵的机会并参与了研发工作。作为“产学官”合作的示范案例，获得日本内阁府颁发的“产学官联合功劳者选拔委员会特别奖“。同年2月，为了表彰该技术对汽车轻量化的贡献，获得“nano tech大奖”。

本次完成的热塑性CFRP底盘重量40kg，实现了与原车相同的强度和刚性要求。相对于铝制底盘由100个零部件组成，热塑性CFRP底盘仅仅有10个零部件，成本也可与铝制底盘相竞争。

图11.参加本项目的“产学官”大学及企业

高强钢、铝合金板／型材、碳纤维复材……新能源汽车材料应用领域发展现状及问题

1汽车领域关键材料应用情况

1.1 高强钢

高强钢的应用有助于汽车轻量化，是汽车行业实现碳减排与碳中和的重要途径。国外冷成形高强钢已应用至1470MPa，其中780-1200MPa级别主要以冲压成型的DP、CP类为主；1470MPa级别主要以辊压成型的马氏体钢为主。国内冷成形高强钢生产集中在宝钢、首钢、鞍钢等大型钢企。宝钢可生产780-1700MPa级别冷成形高强钢，产品种类包括DP、Q&P、MS等，其全球首发产品Q&P 980-1180在通用汽车上实现量产应用。首钢冷成形高强钢以DP、CP、DH为主，最高强度级别1200MPa。另外，首钢正在积极研发具有更优异成形性能的980-1180MPa级TBF/CH钢等高成形性超高强钢产品。热成形钢方面，目前国外最高强度级别2000MPa，已实现批量生产及应用，且品种系列化走在行业前列，已实现铝硅热成形产品、直接热成形纯锌产品及无镀层产品批量应用。

国内热成形钢起步较晚，但研发及应用发展迅速，在纯锌热成形钢产品生产应用上，与国际先进水平相比还存在差距。宝钢、本钢、首钢已实现2000MPa级热成形钢生产及应用，首钢1500MPa级热成形钢已批量应用于宝马、一汽等用户，1800-2000MPa级热成形钢也已实现批量供货。河钢唐钢2000MPa热成形钢交付一汽，用于四门防撞梁试制。

1.2 铝合金板／型材

汽车用铝合金板材已初步实现产业化一代，预研一代。外覆盖件用6016、6014，内覆盖件及结构件用5182、5754板材，实现产业化生产、小批量供货；高成形5xxx系板材，高强外覆盖件6xxx系板材成功开发工艺原型，并在吉利TX5、清源小尊等样车成功试制。中铝瑞闽完成新产线投产，使6014、5182板材成功应用于示范线平台考核车型北汽新能源Arcfox车型。

汽车用铝合金型材研究与应用进展良好，已实现了中高强度6016型材的开发及示范应用，6063、6082型材在吉利商用车上批量应用。建立了铝型材质量标准及型材断面轻量化设计方法，并在西南铝、华加日、金桥三家铝企获得应用，保证了材料的合格供应及典型零部件结构减重。除此之外，新开发了300-350MPa和350-400MPa等中高强型材，以满足不同的市场需求。

1.3 碳纤维复材

碳纤维在国内汽车量产化的应用起步较晚，大多用于研发或改装车上，随着全碳纤维车身自主品牌前途K50跑车2018年的问世，打破了国内无碳纤维量产汽车部件应用的困局，其外覆盖件如机盖、翼子板、车门、后侧围等均为碳纤维复合材料。2019年Volvo旗下的全碳纤维车身的极星1问世，扩大了碳纤维复合材料在汽车的应用，此车的碳纤维零部件全部为国内生产。

国外，宝马i系列和7系，奥迪A8等都是碳纤维在汽车中应用的典型代表。此外，丰田、大众、奔驰、现代等多家汽车制造商也都在开发汽车轻量化用CFRP，并应用于车身、轮毂、座椅、氢气瓶、前舱盖、底盘结构件、传动轴等部件。

2汽车领域关键材料发展趋势及政策

2.1 汽车领域关键材料发展趋势综述

国际先进车企在朝着多材料整车集成应用方向迈进，汽车用钢比例呈现先下降后上升并趋于稳定的趋势（图1），主要是随着铝合金、碳纤维复合材料应用比例增大，对成本控制和制造要求更严格，所以逐渐转向对钢材的应用，并通过提高高强钢的强度级别实现成本与重量的精益平衡，最终形成与铝／复合材料集成并用态势。而国内多数车企处于从先进高强钢应用为主向钢铝混合应用方向转变的阶段，对于复合材料、镁合金应用也较为单一。伴随着近年来国产汽车不断冲击高端车型市场的进程，铝／镁／复合材料应用比例也在不断爬升。

2.2 高强钢发展趋势

我国“十三五”重点专项明确提出加快高性能超高强汽车用钢研发与应用，要求冷成形高强钢在高强化的同时，进一步提升其成形性能，QP、DH、TBF、CH等钢种成为典型发展趋势。在国际市场，美国持续推进“更强、更轻”先进高强钢开发，1200-1500MPa级Q&P钢是其典型代表。日本以日本制铁、JFE和神户制钢为主导，积极研发兼具抗拉强度1500MPa和20%高伸长率超高强钢板。欧洲在德国汽车工业协会的倡导下，大力发展高延伸性DH钢。在热成形方面，则要求具有更高的强度和耐蚀性，由现有的1500MPa、1800MPa提升至2000MPa，由热成形裸板升级为铝硅镀层钢板。总的来讲，冷成形高强钢板未来向高强度、高塑性方向发展；热成形钢板向更高强、高塑性及高耐蚀抗氧化涂层板等方向发展。

2.3 铝合金板／型材发展趋势

汽车用铝合金板材将朝着系列化和低成本化两个方向发展。系列化是满足汽车铝合金覆盖件使用需求的必然趋势，其目的在于满足不同汽车零部件的个性化需求，如高成形、高强度、高包边、高表面质量、高吸能、易回收等，充分发挥铝合金的特性，降低铝板应用难度。低成本化则是保证汽车用铝合金进一步广泛应用的必要条件，材料低成本的主要技术途径需要全生命周期考虑，如材料设计、短流程制备工艺、易回收汽车零部件结构设计、废铝回收分选及提纯等均为技术发展的要点。

铝合金型材构件的材料开发、结构设计、应用性能及总成评价的全流程开发是未来发展趋势。国内急需建立型材研发、结构设计、应用性能及构件性能评价的整体链条，联合主机厂、材料开发机构、生产企业、测试部门等，形成未来高端制造的坚实基础。

2.4 碳纤维复材发展趋势

在国外，碳纤维在汽车上的应用由来已久，但随着汽车轻量化的需求日益迫切，同时碳纤维价格逐步下探，碳纤维复合材料产业链日趋完善，碳纤维在汽车的应用也随之发生变化。从应用车型的角度，早期主要应用于赛车和超跑，如今逐渐向中高端乘用车延伸；从应用部件的角度，早期主要应用于覆盖件、装饰件以凸显车型的运动基因，如今逐渐向整体式车身、结构件以及次结构件进行拓展，以发挥碳纤维复合材料优异的力学性能；从生产方式的角度，得益于工业技术的发展，更是发生了巨大的变化，由原来的小批量手工式工艺发展成面向汽车生产节拍的大批量自动化生产工艺。

国内碳纤维复合材料在汽车上的应用与国外相比有一定的差距，国内在批量化的应用上相对较少，对于小批量化应用的部件主要集中在外覆盖件上，没有真正发挥复合材料的性能优势。其中制约其规模化应用的主要因素仍是成本。

3汽车领域材料应用存在的问题

随着汽车材料技术进步速度放慢和品牌竞争加剧，钢材、铝合金和工程塑料国产材料技术差距大大缩小，成本和服务优势也逐渐凸显，仅有少部分铝板、碳纤维复合材料等存在应用层差距，造成企业偏重装备和规模，忽视对市场需求的敏感捕捉，造成同质技术、工艺的过度投入，此外也出现了过分追求产品对标，缺少集成设计与应用的系统思考、人才培养与基础创新等问题。

3.1 汽车用高强钢

目前，高强钢在汽车领域的应用主要存在以下技术问题：超高强钢冲压开裂及回弹、液态金属致脆、氢致延迟开裂。成形过程中，超高强钢因其伸长率低、塑性变形区间窄、变形抗力大，易出现冲压开裂、回弹大、尺寸精度不良问题，严重影响后续连接和装配。焊接过程中，高强镀层钢板表面锌或锌的金属间化合物在电极部位发生熔化，沿着晶界流动到基板内部，焊后冷却过程中易导致沿晶微裂纹，其危害是零件瞬时断裂失效。目前，几乎所有冷成形及热成形高强钢均面临氢致延迟开裂问题，并且开裂敏感性随强度级别提高而不断升高。国内钢铁研究总院、中国汽车工程研究院、宝钢、首钢等均开展了汽车用高强钢氢致延迟开裂机理研究，研究方法包括电化学充氢、慢应变速率拉伸、TDS测氢和恒载荷实验等，但起步较晚，还处于数据积累阶段。

3.2 铝合金板／型材

汽车用铝合金板材领域，国内尚处于追赶阶段，具体差距为：1）板材批次稳定性差，如屈服强度波动难以控制在±5MPa以内，冬、夏季板材性能不一致，缺乏全流程工艺-组织-性能积累；2）产品种类相对单一，6022、6111、5023、6056等高强、高成形合金尚未掌握确切成分、工艺；易回收汽车用铝、内外板通用等新型铝合金及相关产业化技术研究尚未起步；适用于温冲压、热成形、易焊接的个性化材料缺乏研究；3）成本精细控制刚刚起步，尚未开展板材回收利用，液态金属直接铸造轧制、无中间退火等短流程工艺开发刚刚起步；4）废铝回收料基本用于发动机、壳体以及轮毂，多为降级式再利用，难以同级回收。

3.3 汽车用碳纤维复材

国内碳纤维复合材料在汽车上的应用与国外相比有一定差距，批量化应用上相对较少，对于小批量化应用的部件主要集中在外覆盖件上，没有真正发挥复合材料的性能优势。此外，碳纤维复合材料研发及应用还存在以下问题：1）缺乏复合材料在汽车上应用的规范及准则；2）成形效率低；3）汽车制造工艺的适用性有待提高；4）面临有效的材料回收利用方面的问题。（张苧心）

改性PP——新能源汽车材料领域的“种子选手”！

整车厂为了适应新消费趋势，也在不断解锁更多轻量化和智能化的汽车应用场景。以新能源汽车为代表的新一代制造成为未来汽车发展的必然方向。

材料发展最优解要灵活也要稳定

随着国民经济的发展和塑料改性加工技术的进步，预计到2026年，我国汽车领域对改性塑料的需求将从目前的391万吨增长至598万吨左右。

除了不断增长的需求量，不同零部件对塑料零部件的要求也在同步提升。从外饰的耐候性，到内饰的低VOC，再到动力总成的耐高温性，都在促使改性塑料向着更高端，更多样的方向发展……只有不断创新研发和生产差异化和特色化的改性塑料，并在后疫情时代下保证生产供应最大的稳定，才是立足汽车生产制造的根本，也是取得最优解的前提。

聚丙烯成为改性“种子选手”

改性塑料兼备低密度和高性能的双重优势，近年来在汽车制造业的需求持续增长。以车用塑料中应用比例最大的改性聚丙烯为例，其相较于工程塑料易加工、易回收和高性价比的优势，以及优异的耐化学腐蚀性能和良好的机械性能，可帮助制造商保证成品质量、乘车安全的同时降本节能。

国内汽车用改性塑料占比情况

聚丙烯在车用塑料中密度偏低，是目前塑料中最轻的品种之一。聚丙烯的低密度在提供汽车轻量化方案上提供了重要方法和思路。因此，聚丙烯改性塑料在汽车轻量化进程中扮演了重要角色。此外，聚丙烯更易回收，在国内外均有成型的回收产业链，这点相较于工程塑料来说也是极大的优势。

新能源乘用车的未来主要增长点

不断创新技术方法

碳中和政策、油价上涨以及可预期一段时间内的新能源购车补贴，都在加强新能源的大趋势。按照《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》，截止到2035年，中国新能源汽车渗透率将达到50%。

01电池包

电池包是新能源动车的核心能量源，为整车提供驱动电能。电池包壳体作为电池模板的承载体，对电池模块的安全运行和防护工作起着至关重要的作用。应用于电池包壳体的改性塑料自然也是重中之重，需要同时满足不低的的强度、刚性等机械性能要求，以及阻燃等功能性要求。

• 高韧性V0级阻燃蓄电池外壳用聚丙烯复合材料：该复合材料具备V0级阻燃性能和优异的机械性能，可作为蓄电池外壳材料。同时，该高韧性V0级阻燃蓄电池外壳用聚丙烯复合材料的制备方法简单，易于工业化生产，具备广阔的应用前景。

• 导电抗菌长玻纤增强聚丙烯复合材料：可应用于新能源汽车内饰和电池包模组。该复合材料不仅能达到理想的导电、抗菌效果，且与连续玻璃纤维、聚丙烯等其他材料复合材一起，能够显著提高材料的力学性能。

• 以聚丙烯为基体树脂添加无卤膨胀型阻燃剂：可以有效提高电池包上盖的阻燃能力，帮助避免由于电池包工作时间过长导致的自燃现象发生；同时，电池包成型上盖的装置采用了上下双通道同时冷却的方式对型腔内的成型产品进行冷却，有效降低产品成型的废品率。

02充电桩

新能源汽车必然带动充电桩市场的发展，改性塑料在充电桩上也有着很大应用空间。

通过改性聚丙烯制备所得的新能源汽车充电桩壳体，不仅可以帮助抵消在移动过程中产生的震动，提高其抗震性能，扩大新能源汽车充电桩的使用范围，而且可更好保持新能源汽车充电桩在充电过程中的稳定性，有效降低因撞击导致充电桩损坏的情况，提高该新能源汽车充电桩的稳定效果。