背景
-
非金属材料是支持汽车轻量化及电气化、互联化、自主化、共享化、循环&可持续的重要部分； -
综合考虑非金属材料对各种需求的作用，有助于推动非金属材料在轻量化的发展。
结论
-
非金属材料，包括塑料和纤维增强塑料（非连续+连续纤维），在轻量化方面，连续纤维更具有优势和进一步发展的潜力；
- 重点关注“热塑性连续玻璃纤维模压+注塑”在电池包、车门及车身结构件的应用开发。
一、材料现状
-
传统塑料的“以塑代钢”有局限性，连续玻璃纤维在强度方面有轻量化优势；
-
连续碳纤维在比刚强度方面有绝对优势，但成本方面暂无明确的突破方向。
二、应用现状
-
通用&工程塑料（注塑类）主要应用在内外饰、非安全结构件（CBS/座椅靠背/悬置支架）、支架类，暂无预期大幅度增长的案例；其中碳纤维注塑材料，锦上添花；
-
非连续玻璃纤维（SMC/GMT/LFT-D），主要应用在电池上盖、底护板、非主要承力结构件、外饰件，暂无预期大幅度增长的案例；非连续碳纤维（SMC），个别案例应用在门内板；
-
连续玻璃纤维（湿法模压/PCM（含热塑）/RTM），主要应用在电池上盖、非主要承力结构件（结构加强件），相较于非连续玻璃纤维，轻量化潜力更大； -
连续碳纤维（湿法模压/PCM（热塑较少）/RTM），个别案例应用在车身地板、车身加强件等；
-
塑料/金属复合材料（注塑），结合1和4，应用在CCB、摆臂、动总安装支架等；
- 天然纤维，主要应用在内外饰，有低碳优势。
| 类别 | 材料&工艺 | 轻量化特点 | 应用 | |
| 塑料（注塑） | 通用塑料—低密度材料 | 注塑用，低密度，高刚度、高流动性 | 内外饰蒙皮类 | 奔驰前后保，特斯拉内饰护板 |
| 通用塑料—发泡注塑 | 发泡注塑；气辅成形 | 仪表板/副仪表板骨架、门板、立柱、尾门内板 | 大众系、现代 | |
| 工程塑料 | PA6/PA66，满足耐热（涂装）需求 | 车身加强件/CBS 悬置 发动机&变速器&电机油盆 |
Ford Explorer ES8/ES6 |
|
| 碳纤维注塑材料 | 高比刚度 | Console支架 | Tesla Model S Plaid，ES8，Taycan | |
| 塑料（非注塑，热塑性） | 非连续玻璃纤维GMT/LTF-D/LWRT | 塑料纤维与玻璃纤维混编、在线浸渍模压 | 车下护板、前端框架 | 大众、BBA |
| 连续玻璃纤维模压+注塑 or 混合模压（热塑性连续碳纤维受限于成本） | 热塑性纤维板预成型+注塑 | 底护板 备胎盆 支架 |
P7 Benz S |
|
| 塑料（非注塑、热固性） | 非连续玻璃纤维 | SMC | 尾门内板 A面饰板 电池上盖 |
ES8/ES6 Chevrolet Corvette 欧系电池包 |
| 连续玻璃纤维 | 湿法模压、PCM等 | 电池上盖 | 宁德时代 | |
| 非连续碳纤维 | SMC | 前门/尾门内板 | Lexus LC Toyota Prius |
|
| 连续碳纤维 | 湿法模压、PCM等 | 后地板 B柱加强板 |
ES6 iX |
|
| 连续纤维拉挤 | 玻璃纤维&碳纤维混合拉挤；缠绕成形 | 车门SOB梁 顶盖横梁 后防撞梁 |
ID.4 iX Chevrolet Corvette |
|
| 其他 | 塑料/金属复合材料 | 在线注塑 | CCB 摆臂 变速器支架 |
奔驰 特斯拉 |
| 天然纤维 | 热塑or热固均可 | 门饰板 | 理想ONE 沃尔沃 宝马 |
|
三、发展趋势
1、整车/系统→非金属材料
| 类别 | 行业现状 （轻量化整体情况） |
非金属材料现状 | |
| 整车 | 油改电平台逐步被纯电平台替代，但纯电平台趋同化明显，轻量化依旧有瓶颈 | Cell to Chassis Cell to Car Cell to Body Cell to Frame Structural Batteries 滑板底盘 |
车身地板与电池包集成，总装安装，有机会复合材料替代 |
| 白车身 | 全铝车身有限，钢铝混在纯电平台增多，一体压铸，热成形&第三代高强钢用量提升 | 纯电平台，25万左右，采用上钢下铝：Aion LX/V、Arcfox αT/αS； 一体压铸： 特斯拉、沃尔沃、大众、蔚小理、长城、吉利、奔驰 |
复合材料的“一体压铸”在后地板框架有机会尝试（非涂装下车身？）；其他低成本复合材料活装件（防撞梁，车身加强件，备胎盆、前端框架） |
| 开闭件 | 四门两盖钢铝为主；背门塑料化增多 | 中低端车型车门开始用铝：极氪001（30万） 逍客（13万） |
塑料门模块增多；复合材料侧门（门内板）有待突破 |
| 底盘 | 轻量化材料以铝（铸造）为主，部分锻铝；镁、复材少有应用 | 前后副车架、转向节、摆臂、卡钳、制动盘等采用铝； 悬置支架部分尼龙，部分摆臂塑料/金属复合，稳定杆连杆&安装支架部分塑料 |
连续碳纤维&碳纤维SMC有替代铝的潜力 |
| 电池 | 下箱体轻量化材料以铝为主；镁、复材少有应用 | 上盖以SMC/PCM为主，下箱体以铝挤出/冲压为主； 复合材料箱体预研为主：朗盛、帝人、SGL |
混合材料电池箱体 |
| 内外饰 | 轻量化材料逐渐增多，但整体减重效果有限 | 镁合金CCB及支架应用较多；奔驰全系低密度保险杠材料（PP-EPDM-T15）； 碳纤维注塑支架略有增多：Tesla Plaid、Taycan |
低密度、天然纤维、塑料/金属复合CCB及支架、碳纤维注塑支架增多 |
| 座椅 | 钢骨架占绝大多数，三排座椅靠背少部分注塑/铸铝 | Taycan及部分轿跑采用铝/镁骨架； 部分车型支架铸镁； 三排座椅靠背&坐盆采用注塑、连续玻璃纤维材料（塞纳、Model Y、奥迪A8） |
座椅骨架功能属性较强，又属于安全件，非金属化的难度大 |
| 电驱动 | 壳体铸铝为主；镁、复材少有应用 | 尼龙油壳体：Lucid Air | 电驱动本体的非金属化空间有限，驱动轴碳纤维化有待成本突破 |
| 发动机&变速器 | 铝壳体&缸体、镁合金壳体、尼龙进气歧管&油底壳，进一步轻量化选材有限 | 铝壳体&缸体； 尼龙进气歧管、尼龙发动机&变速器油底壳：Audi、Benz |
发动机&变速器本体的非金属化空间有限，变速器传动轴碳纤维化有待成本突破 |
| 电子电器 | 高压铝导线（结构线束），支架塑料化 | 蓄电池支架：奔驰S | 电子电器的非金属化集中在支架类 |
原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：非金属材料在汽车轻量化的应用