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复合材料泡沫夹层结构在汽车外饰中的应用和发展作者：赢创德固赛范海涛汽车外饰目前的材料体系汽车外饰件，即汽车外部的功能性或装饰性部件，主要包括保险杠、翼子板、车身裙板、外侧围、进气道、车顶盖、车门、散热器格栅、HYPERLINK"http://www.newmaker.com/cat_1020003.html"\t"_blank"发动机罩、扰流板、防擦条、后门拉手和脚踏板等。由于其所处的位置（外部）和具有的功能（防撞等），这些部件所用材料要求具有较高的强度、韧性、耐环境条件的性能及抗冲击性能。随着汽车工业和材料工业技术水平的不断提高，汽车外饰材料已逐渐走向多元化。除了普通钢材以外，高强度钢、铝镁合金、工程塑料和各种HYPERLINK"http://www.newmaker.com/cat_1210019.html"\t"_blank"复合材料也正得到越来越多的应用。其中，复合材料以其质量轻、可设计性好和抗腐蚀等优点日益得到广泛应用。
图1夹层结构的概念
一般，选用汽车外饰材料的决定因素包括：材料成本、生产率、加工难度、设计方法的成熟性以及汽车重量等。根据汽车类型的不同，所用复合材料种类也不尽相同。对于普通轿车而言，成本和生产率是着重考虑的因素。因此，除了金属材料外，目前此类汽车最常用的外饰材料是热塑性塑料（有时加入短玻璃纤维增强）。这类材料可以通过注射模塑工艺实现量产，具有较高的生产率。与热塑性塑料相比，热固性塑料的应用较少。一般，只有两种工艺能够实现热固性复合材料的中高规模的量产：即片状模塑成型（SMC）和树脂转移模塑成型（RTM）。
图2ROHACELL在雷诺第三代和第四代Espace汽车上的应用
运动型和概念验证型轿车通常对低重量、高强度/刚度的要求较高，一般不需要实现大规模量产（即对生产率要求不高），其面向的市场可承受较高的成本，因此此类汽车的外饰广泛采用了纤维增强复合材料。而承担运输任务的卡车和拖车，其车体重量对运输成本有较大的影响，因此此类汽车也有采用复合材料（纤维增强复合材料、夹层板等）的实例。表中列出了复合材料在某些车型外饰上的应用。其中SMC为片状模塑成型，RTM为树脂转移模塑成型，RIM为反应注射成型，VI为真空树脂注入成型。可以看出，纤维增强复合材料等已随着技术的成熟而得到广泛应用，应用部件包括车门、发动机罩、前格栅、翼子板、保险扛骨架、门柱护板、通风百叶窗和导流罩等近20种外饰件。多材料混合结构体系复合材料在汽车外饰上的应用动力来自于汽车的轻量化趋势。
图3ROHACELL71IG在奔驰McLarenSLR汽车上的应用
汽车的轻量化包括材料的轻量化和结构的轻量化。材料的轻量化一般通过采用轻量化的金属和非金属材料来实现，主要包括高强度钢、铝镁合金、工程塑料以及各种复合材料。目前，尽管钢铁材料仍在汽车材料中占据主导地位，但其比例逐年下降，而铝合金、镁合金、工程塑料和复合材料等轻量化材料的应用比例则逐年上升。材料轻量化，尤其是基于复合材料的材料轻量化，已成为世界汽车材料技术发展的主要方向之一。自20世纪60年代复合材料被引入汽车制造业后，其在提高汽车性能及减轻重量方面的优点已得到证实。复合材料具有比强度高、比刚度高、性能可设计和易于整体成形等许多优异特性，将其用于汽车结构上，可凭借比常规金属结构低的重量达到同等的性能，这是其他材料无法或难以实现的。美国先进汽车技术能源事务部曾与美国汽车研究委员会联手，从事有关汽车结构的先进材料、加工方法和装配技术的开发项目，其重点之一就是汽车结构用复合材料的开发。20世纪80年代末，USCAR下设的汽车复合材料委员会也开展了此方面的研究。最近德国Paderborn大学的O.Hahn等人提出“多材料轻量化结构”及“合适材料用在合适的部位”两个概念，指出了车身材料的发展趋势，即通过对多材料复合体系进行结构优化，在改进汽车性能的同时，显著减轻车身重量。当前，材料的组合以高强度钢、铝、镁和复合材料为主。目前汽车中使用的复合材料形式主要有：金属基复合材料、纤维层压板、编织复合材料以及夹层板等。
图4ROHACELL在LancerEvolution8上的应用
基于复合材料的多材料轻量化应用的一个典型实例是道奇SRT-10。该型轿车采用了多种复合材料及多种制造工艺。其翼子板采用了玻璃纤维增强复合材料（反应注塑成型工艺），发动机盖采用了玻璃纤维增强复合材料（SMC工艺），翼子板支撑面、挡风玻璃窗框和门板采用了碳纤维增强复合材料（SMC工艺）。但是，基于复合材料的多材料轻量化尚未在汽车领域得到广泛应用，主要原因是：复合材料的加工工艺大多不能适应高产量的生产需求，因此需要在工艺上进行改进，以缩短目前复合材料部件的生产时间；复合材料加工工艺的HYPERLINK"http:/