如今，制造商和消費(fèi)者都發(fā)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)值得關(guān)注的熱門(mén)話題。在汽車(chē)市場(chǎng)上，全球各國(guó)政府正在對(duì)乘用車(chē)和輕型卡車(chē)實(shí)施更嚴(yán)格的油耗標(biāo)準(zhǔn)。例如，在美國(guó)，有關(guān)公司平均燃油經(jīng)濟(jì)性（CAFE）的法規(guī)旨在到2025年使乘用車(chē)的燃油效率達(dá)到54.5 mpg。

對(duì)于復(fù)合材料而言，輕量化解決方案可以使用三種不同的方法成功實(shí)施。這些技術(shù)可以單獨(dú)使用或彼此結(jié)合使用。

01

每個(gè)組件均使用較輕的材料

“輕量化”的最普遍理解的含義即使用較輕的材料即可。但是，由于強(qiáng)度較高，設(shè)計(jì)工程師通常默認(rèn)考慮金屬和合金材料。下圖顯示不同汽車(chē)材料的強(qiáng)度和密度。

汽車(chē)輕量化材料的拉伸強(qiáng)度和密度不過(guò)幸運(yùn)的是如今材料科學(xué)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，以至于復(fù)合材料領(lǐng)域中還有其他可行的選擇。因此，可以根據(jù)強(qiáng)度、安全性和其他性能要求，為汽車(chē)和飛機(jī)的每個(gè)組件考慮使用不同的重量較輕的材料。

02

使用更少的組件

第二種輕量化技術(shù)主要涉及減少車(chē)輛的整體零件。由于技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)中電子部件的數(shù)量隨著時(shí)間的推移而增加，例如無(wú)線通信、高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）和車(chē)輛電氣化等，這使得確保電子設(shè)備的安全成為當(dāng)務(wù)之急。因此在上述不可能減少車(chē)輛零部件的總體數(shù)量的情況下，另外一種重量輕的解決方案就是從材料本身采用較少的零部件。例如，復(fù)合材料制成的蜂窩板結(jié)構(gòu)因其高強(qiáng)度已成為輕量化的首選。但是，由于其核心結(jié)構(gòu)由大的開(kāi)孔網(wǎng)格組成，因此必須將面板包裹在多層粘合劑和蒙皮層中，以防止水和灰塵進(jìn)入。這些膜還需要足夠厚以產(chǎn)生光滑的表面并防止蜂窩圖案的轉(zhuǎn)移可見(jiàn)。而像聚氨酯泡沫這樣的材料可以使用不透水的閉孔結(jié)構(gòu)生產(chǎn)，因此不會(huì)因浸水而腐爛、翹曲、彎曲或分層。此外，泡沫具有自結(jié)皮性能，可自動(dòng)密封并準(zhǔn)備上漆或涂層，從而獲得適當(dāng)?shù)耐庥^和紋理。制造零件所需的制造步驟越少，成本和時(shí)間自然而然節(jié)省就越大。

03

使用過(guò)程中減少浪費(fèi)

有關(guān)環(huán)境影響和可持續(xù)性的擔(dān)憂通常與燃油經(jīng)濟(jì)性相關(guān)聯(lián)。有時(shí)需要考慮這樣的問(wèn)題，例如為了制造一輛輕型卡車(chē)或直升機(jī)，會(huì)產(chǎn)生多少?gòu)U物？使用一些材料（例如木板或蜂窩板），可以通過(guò)構(gòu)建具有適當(dāng)尺寸板材，然后將其加工成所需的形狀來(lái)制造結(jié)構(gòu)。但是，這種方法會(huì)涉及很多浪費(fèi)。因此，根據(jù)所選擇的輕量化材料，使用其他處理技術(shù)可能會(huì)減少浪費(fèi)并降低成本。主要方法如下：

• 定制成型：不是將板材或塊加工成零件形狀，而是創(chuàng)建定制工具以用輕量化材料成型零件。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是細(xì)節(jié)層次高，無(wú)需機(jī)械加工即可形成復(fù)雜形狀，并具有所需的光滑或有紋理的表面。

• 熱成型：此過(guò)程涉及模具成型，易于使用，非常適合在較淺的坡度和角度進(jìn)行成型。通過(guò)熱成型，可以在幾分鐘內(nèi)形成需要大量復(fù)雜性的零件。

• 夾心板疊層：復(fù)合材料生產(chǎn)中常用的一種技術(shù)，此過(guò)程使用標(biāo)準(zhǔn)的真空袋疊層或溫度超過(guò)275°的熱壓機(jī)。但是，重要的是要注意，某些輕質(zhì)材料（如聚醚酰亞胺PEI）雖然具有良好的強(qiáng)度特性，但并不完全適合在高溫下進(jìn)行加工。（來(lái)源：碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)）

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