试析环保新材料在汽车设计中的应用

汽车工业快速发展能够极大地满足人们的出行需要，但与此同时也会导致交通拥堵、环境污染等一系列问题。为了更好地解决汽车过度发展带来的一系列挑战和压力，要积极主动对汽车设计进行全面优化。通过环保新材料的灵活运用，促使汽车设计实现轻量化、智能化发展，减少能源资源消耗，提高能源资源的利用效率，满足汽车设计发展的需求。在汽车设计制造中灵活应用环保新材料能够为环保事业的全面发展提供重要的保障。

关键词：环保新材料　汽车设计　应用

作者：齐兵  中国重汽集团泰安五岳专用汽车有限公司　山东省泰安市

新型环保材料主要是常见的环保聚脲涂 料，具有施工工艺简单、环保性能优越等特点， 固化温度低、耐腐蚀性、耐候性强等显著优势， 可以方便后期维护与保养。在新环保材料应 用时能够根据不同的车辆类型的涂层性能要 求，选择不同的聚脲涂料，全面增强汽车底 盘零部件的使用寿命。通过对汽车环保设计 进行分析，总结环保新材料的具体应用策略， 能够推动我国汽车产业在环保全面发展，提 高汽车的性能和质量，满足人们的出行需要。

汽车环保设计的相关特点

在汽车行业快速发展的背景下，既要保证车辆设计的安全舒适，又要保障节能环保。在我国汽车数量明显增多的背景下要重点加强对汽车的智能化设计，但是从目前来看对大多数的汽车进行车辆检测之后，能够发现大部分车内空气质量存在明显的污染问题， 不仅会导致空气环境污染，而且还影响人体健康，对社会的全面发展造成不良影响。如果能够使车辆部件减轻 1%，那么不仅能够降低能耗，同时也能够减轻荷载，避免过度磨损。在汽车工业快速发展中运用各种新材料和新技术已经成为必然趋势，能够确保汽车轻量化设计。汽车轻量化设计要根据产品结构进行全面优化，通过加工科技和轻量化材料的应用来减轻车辆的整体重量，既能够保障车辆的安全性能和强度，同时也可以将汽车的整体质量降至最低，满足汽车动力运行的需要。汽车轻量化的设计主要是针对部件、外形、 尺寸优化，减少道路占用面积，同时也可以通过缩减车辆零部件的厚度来保障车辆的稳定运行，对车辆智能化结构模块进行分体式或者局部增强设计应用新的节能环保材料来保障新材料的应用水平得到全面提高。

在汽车设计中常见的环保新材料

环保聚脲涂料

环保聚脲涂料是非常普遍的新型环保材料，不仅施工工艺简单高效，而且具有良好的耐腐蚀性和耐候性，能够根据不同的汽车零部件需求来选择不同的聚脲材料。目前新型环保聚脲涂料主要用在轿车燃油箱、外壁涂装以及汽车底盘漆生产线上。利用聚脲涂料可以直接在燃油箱外壁涂装将燃油箱孔封堵，避免液体流入到油箱内壁。然后在表面喷涂聚脲底漆、烘干，通过遮蔽 - 打磨 - 擦 拭 - 喷涂等一系列的操作之后，强化涂料主剂和固化剂的配比密度，平均分散，保证聚脲涂料的耐盐、耐污和耐老化水平全面增强。

免喷涂塑料

随着我国汽车产业的快速发展，对于汽车内饰也呈现出个性化的发展需要，而且这些汽车内饰对能源资源消耗量更高，在新时期要积极加强对汽车内饰的节能环保设计与优化。汽车防滑坐垫和汽车防晒膜等新型环保材料，可以利用免喷涂塑料、热熔胶或者水性胶粘剂等。目前常见的环保型内饰塑料主要包括生物塑料，免喷涂塑料能够在表面进行预处理，喷漆干燥，提高汽车内饰的耐候性、耐热性和低气味性低挥发性的要求，而且这些汽车内饰能够实现 100% 回收，显著降低了制造成本。无机纳米复合材料的应用能够添加各种无毒的化学稳定剂，减少塑料本身的 OVC 残留，具有更高的强度和抗紫外线能力。在生物塑料中通过淀粉之类的无毒害可再生原料为基础，可以用于取代传统的内饰塑料保证了环保的效果，汽车革是汽车的重要零部件，对汽车的美观性和使用性会产生明显影响目前常用的汽车内饰主要以人造皮革为主，这些人造皮革，无论是穿孔缝合线工艺还是触感上，都能够模拟真皮材料。这些人造皮革属于热塑性聚氨酯散热性更强，在相同温度环境下比其他材料的表面温度低10℃以上，具有较高的透气性和适水性，吸水率要比天然皮革慢 15%，通过这些性能特点可以使得人造皮革比天然皮革更舒适环保。高分子环保材料也能够在汽车座椅中应用密度更小，性价比更高，具有良好的耐热性能，可以方便回收再利用，具有较强的抗冲击性，耐高温性和耐热性等特点。除了材料之外，材料胶粘剂的应用也可以增强汽车内部环境的空气质量，我国目前大多数的汽车内饰依然采用氯丁胶黏剂这类胶黏剂不仅易燃易爆，而且有毒。通过利用水溶性的聚氨酯胶粘剂来取代氯丁胶粘剂，不仅黏度低不含毒溶剂，而且不随聚合物相对分子质量的改变，固含量高达 50%，投资成本更低，无须溶剂回收以及防火防爆的设计，在汽车内饰门板仪表盘等多个部位进行快速粘接。

碳纤维材料

碳纤维材料是以碳纤维复合而形成的新型环保材料，碳纤维密度较低，在汽车设计中非常普遍，碳纤维材料具有良好的可塑性， 而且整体的结构性能都具有十分显著的优势， 整体的重量要比普通材料更轻，抗拉性能又超出普通金属材料。在汽车设计中碳纤维材料广泛应用可以根据自身的特性将碳纤维编织为布面，在具体的模具加工中将碳纤维进行交错叠放，通过这样的方式最终保证了碳纤维面板的光亮平滑。而且碳纤维具有极强的安全性，所以目前大多数的赛车都以碳纤维制作驾驶室保护装置，在发生事故时也能够减轻对驾驶人员造成的伤害。

车辆轻量化设计的基本途径

采用最新的科学技术，关注重点部件，革新及优化设计工具、轻量化设计原理、把部件转化成部件和复合材料，从而降低部件数目。对零件的结构进行优化，比如去掉过多的零件。新材料的应用可以使用低密度高强度的轻型材料，例如铝镁合金、塑料聚合物材料、陶瓷材料，采用先进的制造技术和制造技术，要使零件的结构更加轻便，并选用多种不同的可替换材料。复合材料及非标材质。采用先进的机械设备和工具进行金属材料成型，可以实现重量轻的产品。铝合金铝合金，最常用的是自行车的铝合金车轮，这种材料比之前的钢材要轻得多。镁合金是一种合金，具有密度低、比强度大、弹性模量大、抗冲击吸收性能好、抗冲击能力好、抗有机物、耐碱性等优良性能。钛合金中加入了其它元素。综合性能好，密度低，比强度高。钛合金具有4.51g/cm3的密度，在铝2.7g/cm3和7.6g/cm3之间。钛合金的比强高于镁铝合金，其韧性接近于钢。钛、钛合金的耐蚀性能优于不锈钢。钛合金比镁铝合金、镁合金具有更广泛的应用范围，具有很好的加工能力和焊接能力。塑料的主要成分是由低密度、低导热率、低导电率、耐酸性、耐碱性、老化的非金属元素的有机化合物。塑料的力学性能可能会改变。汽车内部使用的是整体部件。由于碳纤维材料的航空技术发展，飞机所需的材料重量较轻，强度较高，而目前的金属材料已不能适应航空工业的需求，逐渐替代了纤维。早期的碳纤维被广泛应用于汽车行业，但是到目前为止，只有在超级跑车中才能应用到发动机罩，挡泥板，车顶，行李箱，车门，底盘等结构部件。其它新型材料除以上所述的多种不同的材料之外，还有很多轻质的、具有良好的特性的材料，但是目前汽车还没有应用。陶瓷是仅次于金属、塑胶的重要原料。尽管陶瓷材料的研制周期比较短，但是其力学性能和化学性能都很好。“汽车用的陶瓷材料，不但重量轻，还具有优良的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性。使用在引擎部件上，可以增加燃料的使用效率。蜂窝夹层是一种高强度、高硬度的航空材料，具有很高的市场价值，但是在汽车行业中的应用并不多。汽车的轻量化前景为了实现人类的可持续发展，新一代的汽车产品节能、安全、环保、轻量化，对新一代的汽车材料技术提出了更高的要求，是达到轻量化设计的重要途径。当前，国内外各大汽车企业及材料业纷纷投入了大量的资金、物力，积极开展汽车技术与新材料的研发，并获得了国家的大力扶持。然而，在轻型化发展的同时，也必须面对不能轻量化、不能忽视汽车安全的问题。国内汽车站点对47个国家和合资企业的防撞梁进行了试验，试验结果显示，大多数日本汽车厂商的防撞钢梁厚度不符合国家规定。如果为了减少汽车的重量而以牺牲安全为代价，这种轻便毫无意义。选用的材料也要谨慎，技术要更成熟，整个汽车业都需要对这种技术给予足够的关注和了解。所以，在未来轻量化是我国汽车发展的一个重要特点。

新能源汽车环保设计

新能源汽车与传统型汽车之间的对比，传统汽车以不可再生资源，如汽油、柴油等，而新能源汽车则以电能为主，其中最重要的动力是氢和太阳能。新能源汽车的排放相对较低，在节约传统能源和环境保护方面具有十分重要的意义。新能源汽车的分类主要体现在动力创新方面。根据现有的研究成果，新能源汽车有三大类，混合动力汽车，采用电动机+引擎的方式，利用电力和燃油的消耗来产生电力。全电力车辆。电动车的应用是当前新能源汽车的发展趋势，具有许多的优势，但是要解决的问题有三个：电池的储存，电池的寿命，以及电动车的价格。氢能汽车不像常规车辆那样消耗大量燃料，排放大量污染物，而是排放出纯净的水。新能源汽车的新材料研发要想在现有的汽车中脱颖而出，就必须要在材料上进行突破。电机驱动材料是把能源转换成车辆的主要动力，电池是一个非常关键的部件，用于车辆的电能存储，与新能源汽车的电池技术相比，新能源汽车的驱动电机技术相对成熟。驱动电机的上游总成-传动系统的控制部件仍然依靠进口。在各类驱动电动机中，永磁同步电功能够较好地适应电动汽车的动力需求。目前，稀土资源，尤其是稀土中的钕，已成为新能源汽车驱动装置的重要研究领域，对新能源汽车的研发和创新起到了至关重要的作用。新能源汽车总体设计趋向于小型化、大功率化，因此稀土可以很好地满足这种需求。所以，混合动力汽车，电动汽车，燃料电池汽车都是由稀土元素驱动的。电动机是必不可少的，而且需求量很大。近几年来，我国的电池工业发展迅速，并在世界范围内形成了一定的影响。中国是世界上锂离子资源最丰富的国家，在全球位列第三，是研究、开发、创新新能源汽车用锂离子电池的重要原料。镍氢电池的总造价约为3/5。电解质、阴极、阳极、膜片等四大材料构成了锂离子电池的成本。目前国内以磷酸铁锂为主的新型电池阴极材料，而日本的新能源电池则以氧化锂锰、镍氢为主要原料。磷酸铁锂是美国新能源电池的主要正极材料。稀土元素是新能源电池的一部分。同时，稀土金储氢技术在汽车混合动力汽车用镍氢电池中的应用前景广阔，环保、低污染、高安全。轻型材料车辆的性能对加速、爬坡、滚动阻力有很大的影响，但总体上与车辆的重量、能量消耗成反比关系。轻量化的车辆可以降低能耗的50%，降低行驶阻力可以降低三分之一的能耗，提高引擎的利用率可以降低50%的能耗。很明显，在新能源汽车的研发与创新中，轻量化是一个关键的关键环节。目前，世界范围内的汽车用轻量化材料包括镁铝合金，镁合金，钛合金，超轻型高强度汽车用钢材及复合材料。镁铝合金在新能源汽车中得到了广泛的应用。在采用镁铝合金的情况下，总体的重量减轻了20%左右。镁铝合金在新能源汽车的轻型设计中也占有重要地位。车架、仪表板、方向盘、发动机缸盖、离合器等零件具有轻质、高强度、易加工等优点，有望在新能源汽车上得到广泛的应用。增程式混合动力技术就是汽车引擎只能在行驶时产生电能，而不参与汽车的运行，也被称为系列混合动力技术。长时间实际应用的结果表明，长距离混合动力技术的特点主要体现在以下几个方面：一是以燃油为动力为动力，完全解决了电池不足的问题，延长汽车寿命长。二是汽车应用了该技术后可直接对车辆进行功率补偿，不但要明确电机的输出功率要求，还要满足发动机输出功率和动力电池的设计标准，符合汽车使用寿命要求。并联式混合动力技术作为一种新型电力技术，已被广泛采用，汽车发动机不仅具有发电功能，而且还起到了正常运行的作用。尽管这项技术是一项廉价的节能技术，但是目前已有大部分采用并联混合动力技术的汽车，不能让发动机和电动化装置同时运转。由于只有发动机在运行，因此与传统技术相比，这项技术的节能效果并不明显。使用混合动力混合动力技术，具有发电和驾驶同步功能，是并行混合技术与增程混合技术相结合的一种新型混合技术，主要利用动力分离器将汽车发动机的电能分离出来，从而使汽车发动机能够发电。在驱使车轮前进时完成能量转换，提高汽车节能效果。

结语

由于新材料具有良好的使用性能，而且成本更低，具备良好的环保性。在今后汽车设计中要积极主动运用好各种环保新材料，根据不同的环保新材料特点对车辆的内饰进行全面优化，真正实现车辆的轻量化设计，满足汽车行业的发展需要。国内各大汽车厂商陆续推出新能源汽车，对新能源汽车的期望也越来越高。本文将从驱动电机材料、动力电池材料、轻型材料等角度对其应用进行研究，以期促进我国新能源汽车产业的快速、健康、持续发展。

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