第二節 汽車車身材料

一、車身用材料的分類

車身用材料大致可分為三大類：金屬材料、非金屬材料和復合材料。

1）金屬材料包括鋼板、鑄鐵等重金屬材料，鋁、鎂、鈦等輕金屬及其合金材料、泡沫金屬等材料。

2）非金屬材料包括塑料、纖維、樹脂、玻璃、橡膠、非金屬泡沫材料等。

3）復合材料包括玻璃纖維增強塑料、纖維增強金屬、纖維增強陶瓷等。

二、車身用金屬材料

（1）車身用鋼板 車身用鋼板有熱軋鋼板、冷軋鋼板、鍍覆鋼板、不銹鋼板和高強度鋼板五大類。

1）熱軋鋼板是在加熱狀態下直接將板料軋至所需尺寸而形成的板料。

2）冷軋鋼板是將坯料在熱狀態下軋至一定厚度，再在常溫狀態下軋至所需尺寸，薄鋼板一般都是冷軋板。

3）鍍覆鋼板即經過表面處理的鋼板，在鋼板的表面施以鋅、鋁、錫等金屬鍍層處理的鋼板，還有鍍Zn-Cr、Zn-Mg、Zn-Al等合金的電鍍鋼板。

4）不銹鋼板是在碳鋼中添加鉻或是鉻和鎳，經熱軋和冷軋所制成的鈑金材料，由于該材料耐蝕性極強，不生銹，表面光亮，故稱不銹鋼板。

5）高強度鋼板的種類較多，主要有：加Si、Mn、P等固溶強化型，加Nb、Ti、V等的析出硬化型，復合組織型，雙相型和回火、退火型等。高強度鋼板的抗拉強度一般在600MPa以上，其破壞強度為低碳鋼板的2～3倍，故稱高強度鋼板。

根據鋼板的厚薄程度，鋼板可分為薄板、中板和厚板三種。板厚小于3.2mm的稱薄板，板厚為3.2～5mm的稱中板，板厚為5mm以上的稱厚板。轎車車身使用鋼板的厚度一般為0.6～2.0mm。

鋼板在車身材料的使用中所占的比例很大。就轎車而言，20世紀80年代以前生產的轎車中，鋼材占整個車身自重比例為60%～67%。近年來，隨著輕金屬材料和非金屬材料的普遍采用，鋼板所占車身總重的比例已下降到55%～60%。但高強度鋼板的使用卻由20世紀80年代的占車身總重的3%～5%，上升到90年代的10%以上。這是因為用高強度鋼板代替普通鋼板，可大大減輕汽車自重。對于客車、載貨汽車這類重量較大的汽車，鋼材所占的比例就更大。在未來的半個世紀中，鋼板仍是汽車車身材料的主流。鋼板材料的開發將向更高強度、更容易塑性加工的方向發展，以減輕車身重量，提高車身安全性。

（2）車身用輕金屬材料 汽車車身使用的輕金屬材料主要有鋁板、鋁合金、鎂合金和鈦合金等。鎂合金和鈦合金在20世紀90年代時在轎車上就已開始使用，但在車身上用量所占比例很小。鋁及其合金在車身上的應用越來越多，特別是轎車，其所占汽車自重的比例也越來越高。20世紀80年代，鋁及其合金在轎車車身上的使用比例（占車身自重的百分比）為3.6%～5%，90年代后使用比例上升到7.5%～10%。近年來鋁及其合金在汽車車身上已應用越來越多，有很多汽車使用了鋁制車身。

三、車身用非金屬材料

如前所述，車身用非金屬材料包括塑料、纖維材料、復合材料、玻璃和橡膠等。近年來，塑料、非金屬復合材料等非金屬材料的使用在車身自重中所占比例明顯提高，這些材料約占車身總重的25%左右（玻璃除外）。

（1）塑料 塑料是以石油、天然氣、煤為基礎原料的各種單體通過聚合、樹脂粘合、樹脂添加、附加縮合等復雜化學反應而生成的高分子材料。

塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

1）熱塑性塑料成型前即處于高分子狀態，將其加熱至軟化點，使其具有一定的流動性而流動成型的材料，它可分為通用熱塑性塑料和工程塑料。車用的熱塑性塑料種類有：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PF（酚醛）等，ABS、PVC、PU又稱為工程塑料。

2）熱固性塑料是把相對分子量為1000以下的一次樹脂加熱熔化，然后澆入模中進行加壓、加熱，使一次樹脂聯結而成高分子的成型材料。在汽車上使用的熱固性塑料有：PUR（聚氨酯）和UP（不飽和聚酯）等。

汽車上所用塑料80%左右是熱塑性塑料。

20世紀80年代時，汽車上所使用的塑料占汽車總重的5%～6%，90年代，塑料所占比例大幅度提高，約占總重的9.5%～14%。歐美轎車的塑料用量平均每輛車達90kg，其中PVC約為13.5kg，PU約為21.6kg，PP約為15.3kg，UP約為14.4kg，ABS約為9kg。客車內部材料均大量使用塑料，以減輕重量。

（2）玻璃 汽車常用的玻璃種類有：鋼化玻璃、區域鋼化玻璃（即半鋼化玻璃）、夾層玻璃（國外汽車常采用HPR夾層玻璃）和普通復合玻璃等四種。其中夾層玻璃有：聚乙烯醇縮丁醛夾層玻璃、聚丙烯酸甲酯夾層玻璃、醋酸纖維夾層玻璃和硝酸纖維夾層玻璃（此種應用較少）。

玻璃的使用量占轎車自重的3%左右，占轎車車身重量的10%左右。對于客車、載貨汽車而言比例要相對小些。

（3）橡膠 汽車上的橡膠件主要有輪胎、橡膠密封件、橡膠防塵罩、橡膠襯套和襯墊類零件等，汽車上的橡膠使用量占汽車自重的10%以上。

橡膠種類有：天然橡膠（NR）和合成橡膠兩大類，其中汽車上常用的合成橡膠種類有：苯乙烯丁二烯橡膠（SBR）、丁腈橡膠（NBR）、氯丁橡膠（CR）、乙丙橡膠（EPM、PDM）、聚氨酯橡膠（AUEU）等。

四、車身用復合材料

復合材料是由兩種或兩種以上化學本質不同的組分經人工合成的材料，其結構為多相，一類組成相為基體，起粘結作用；另一類組成相為增強相，用以增強材料的力學性能和提高材料的比強度、比剛度等。

復合材料按性能可分為：功能型復合材料和結構型復合材料兩種；按基體分類可分為：高分子基（PMC）、金屬基（MMC）和陶瓷基（CMC）復合材料；按增強相的種類、形狀分類，可分為：顆粒狀、層狀和纖維增強復合材料。纖維增強復合材料應用最多，高分子基的纖維增強復合材料通常也稱纖維增強塑料（FRP），金屬的纖維增強復合材料也稱纖維增強金屬（FRM），陶瓷基的纖維增強復合材料稱纖維增強陶瓷（FRC）。纖維增強復合材料還包括碳纖維增強碳素復合材料（C/C），一般把它編入CMC范圍。

在FRP材料中，應用最多的是GFRP，即玻璃纖維增強塑料（俗稱玻璃鋼）。

在FRM材料中，有連續纖維增強金屬、晶須增強金屬和粒子增強金屬。

在FRC材料中，有碳纖維系FRC、陶瓷纖維系FRC和晶須纖維系FRC，以及屬于CMC類的C/C復合材料。

復合材料在汽車上使用得越來越多，車身外板零件如擋泥板、發動機罩、車頂蓋、保險杠、行李箱蓋等，車室內零件如變速桿、發動機殼、側門框裝飾、風窗窗框等都采用復合材料制成。