复合材料改变汽车设计：汽车制造中的创新材料

复合材料在汽车应用中越来越常见，有助于减轻重量和提高强度。在汽车应用中，复合材料是由两种或多种具有明显不同物理或化学性质的组成材料制成的材料。当这些材料组合在一起时，会产生一种具有不同于单个组件特性的复合材料。从发动机部件到悬架臂和连杆再到车身面板，复合材料在汽车行业已经存在了很长时间。 

与任何部件一样，老化和紫外线 (UV) 辐射会在一段时间内破坏材料。将紫外线暴露与这些材料在短时间内暴露的多个热循环相结合，复合材料的性能就会不断受到考验。其中一些材料的反应比其他材料更好，这将引出我们讨论目前使用的复合材料类型以及这些材料在汽车制造中的应用方式。  

汽车制造中使用的复合材料类型
汽车行业越来越依赖先进的复合材料来提高汽车性能、安全性和效率。这些类型的材料使 OEM 能够满足政府法规的要求和客户对高效汽车运行的需求。最大限度地提高汽车的输出以帮助最大限度地降低与拥有汽车相关的运营成本，将进一步增加它们的使用案例。仅仅将整车重量减轻 10% 就可以减少 6% 到 8% 的能耗。随着向电动汽车 (EV) 的过渡，这一变化至关重要。高效利用电池组中所含的能量对于让消费者接受将 EV 纳入他们的交通策略至关重要。使用复合材料的另一个特点是能够采购不需要高度精炼矿物的组件，这有助于制造商控制成本并提高生产设施的产出潜力。 

碳纤维复合材料
碳纤维复合材料以其卓越的强度重量比而闻名。这些材料由嵌入聚合物基质的碳纤维组成，具有无与伦比的刚度和耐用性。碳纤维是汽车应用中最早使用的材料之一，因为它们比钢更坚固、更轻。碳纤维具有较高的强度重量比，能够取代铝或钢部件的使用，这使其成为汽车供应链中不可或缺的一部分。碳纤维部件自 1950 年代以来就已在汽车和航空应用中出现。 

将部件塑造成任何所需形状，同时保持结构的完整性的能力，提高了制造能力和应用。直到最近，碳纤维对于大多数应用来说成本都过高，但随着汽车成本的上升和政府监管机构对燃油效率要求的提高，使用量的增加使价格下降到可以用于生产汽车的水平。大多数碳纤维复合材料由聚丙烯腈 (PAN) 制成，它是一种合成热塑性塑料，通过高能耗工艺聚合而成。这些类型的材料不易溶解在化学品中，必须以某种方式制成，将它们编织成几乎可以形成任何形状的纤维类型材料。  

玻璃纤维增​​强聚合物复合材料
玻璃纤维增​​强聚合物复合材料 (GFRP)，也称为玻璃纤维，由于价格低廉和用途广泛，在汽车工业中得到广泛应用。这些复合材料由嵌入聚合物基质的玻璃纤维组成，具有出色的强度和抗冲击性。由于易于制造，它们是最受欢迎的复合材料类型之一。玻璃纤维材料能够成型为各种形状和尺寸，是汽车工业的理想部件。这类复合材料的强度可与钢媲美，但刚度高于铝，密度低于钢。车身面板具有高度明确的形状，并且能够抵抗物体撞击时的变形。这种弹性有助于制造出非常坚固的车身面板。使用 GFRP 复合材料可以使部件具有极高的成本效益、易于成型，并且强度与更重的材料相当。  

天然纤维增强聚合物复合材料
天然纤维增强聚合物 (NFRP) 复合材料是一种新兴材料，其纤维来自可再生资源，例如亚麻、大麻和黄麻。这些复合材料是传统合成纤维的环保替代品，具有减轻重量和提高可持续性的额外优势。天然纤维复合材料用于非结构性汽车部件，例如内饰板、装饰和绝缘材料。天然纤维复合材料因其环保效益、成本效益和理想的机械性能而越来越多地用于汽车行业。这些复合材料是通过用亚麻、大麻、黄麻和剑麻等天然纤维增强聚合物基质制成的。  

汽车行业向可持续性和轻质材料的转变推动了天然纤维复合材料的采用。这些生物复合材料部件的使用越来越多，将有助于汽车行业更多地转向温室效应潜能值 (GWP) 较低的材料，从而有助于降低其生产对环境的影响。在汽车内饰中使用这些类型的天然纤维将减少驾驶员和乘客接触目前用于装饰、内饰和其他内饰部件的潜在腐蚀性材料。模仿传统复合材料的强度可提供具有更可持续材料的类似用例。  

除了对环境更有利的产品之外，使用天然纤维复合材料通常比替代产品更具成本效益。由于能够比以前回收更多的车辆部件，OEM 可以利用回收材料在永无止境的供应链中生产新车。将这些回收材料与原始材料相结合还将降低这些部件的生产成本，从而使 OEM 每单位产品的成本更高。NFRP 复合材料的缺点之一是天然纤维具有吸水能力。随着时间的推移，这些材料会随着水分侵入其下部结构而降解，这导致 OEM 专注于如何利用表面处理和其他材料来密封纤维，从而将水分侵入保持在最低限度。限制其使用的另一个原因是，由于这些材料是天然存在的，因此材料的变异性很大，这可能会导致使用问题，因为并非所有纤维都完全相同。必须根据混合物中目前的材料产量来调整聚合物的混合物。  

混合复合材料混合复合材料通常被定义为由一种有机聚合物和一种或多种
无机添加剂/填料组成的复合材料。将有机材料和无机材料的不同特性结合起来，将为汽车应用提供最有用的复合材料类型之一。混合复合材料用于各种汽车部件，包括结构件、车身板和增强件。除了“硬部件”（力吸收最小或不吸收力的材料）占其大部分用途之外，混合复合材料还用于碰撞管理应用“软部件”（力吸收），可以在发生碰撞时吸收部分冲击力。通过材料将力引导到另一个部件可以帮助保护车内乘员，同时利用天然材料来帮助补充成本较高的生产材料，从而节省成本。  

聚合物基复合材料 (PMC)
聚合物基复合材料 (PMC) 是汽车制造中最常用的复合材料。这些材料由用纤维（例如碳纤维、玻璃纤维或天然纤维）增强的聚合物基体组成。PMC 具有广泛的机械性能，可以根据特定的性能要求进行定制。PMC 的用途包括车身面板、发动机部件和内饰部件。聚合物基复合材料 (PMC) 因其重量轻、强度高和用途广泛而越来越多地用于汽车行业。这些复合材料由用玻璃纤维和碳纤维等纤维增强的聚合物基体（例如环氧树脂、聚酯或聚丙烯）组成。由于这些组件中不含任何铁质材料，因此它们具有耐腐蚀和其他潜在氧化性。这种材料用于从进气歧管、气门盖到车身面板等各种部件，其热稳定性可确​​保组件坚固耐用，经久耐用。  

金属基复合材料 (MMC)
金属基复合材料 (MMC) 由金属基体（例如铝或镁）组成，并用陶瓷或金属纤维增强。与传统金属相比，MMC 具有出色的强度、刚度和耐热性。这些类型的材料目前用于粉末金属类型的应用，例如凸轮轴和其他内部发动机部件。材料的混合物提供了一种非常致密、坚硬的材料，其热稳定性高于机器部件。MMC 还可用于其他高磨损、高温应用，例如制动转子，以最大限度地减少实际转子的磨损。随着维修频率的降低，延长这些部件的使用寿命可以降低所有者的成本。这些类型的材料是通过结合两种或多种金属基合金和通常包括陶瓷的增强材料来创建的，这些增强材料大多数时候都提供热增强。材料的类型通常是根据应用定制的，并且根据混合物中包含的元素类型创建起来非常复杂。它们的硬度和热性能增加使得它们在成型后难以加工。这通常是在完成任何加工之前根据特定形状或部件定制它们的原因。对于高磨损物品，这是延长该部件寿命的重要部件，尽管代价是它们通常在使用寿命结束后就被丢弃。  

陶瓷基复合材料 (CMC)
陶瓷基复合材料 (CMC) 由嵌入陶瓷基中的陶瓷纤维组成，具有出色的热稳定性和耐高温性。典型的氧化物和非氧化物 CMC通常由氧化铝、氧化锆和碳化硅成分组成。这些类型的材料具有高强度值，可用于汽车和航空航天应用。提高耐高温性可为涡轮增压器、制动部件和发动机内部部件等提供更广泛的用途。具有长期耐磨性的专用材料市场是制造能够经受多年使用的车辆的关键。与其他复合材料一样，开发这些材料的成本正在下降到与过去不同，可用于大规模生产的情况。通过利用减轻重量来提高效率来抵消成本，这些类型的材料为更可持续的汽车未来提供了一条道路。  

结论
复合材料正在彻底改变汽车行业，因为它能够开发出更轻、更坚固、更可持续的汽车。碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、天然纤维复合材料、混合复合材料和其他先进材料的使用正在改变汽车结构和性能。随着行业的不断发展，对创新复合材料的需求预计将增长，从而推动汽车设计和工程的未来。从寻找可重新用作汽车部件的新材料到开发新元素，随着世界的不断发展，新技术的创造将不断推进。随着技术人员和培训计划的推进，他们将不得不适应原始设备制造商不断变化的需求，不断追求提高性能的同时降低能耗。在碰撞和维修领域使用这些材料将要求这些技术人员增加他们对如何处理这些部件的知识。从了解热动力学如何影响其运行到材料的预期寿命，所有这些项目在修复故障时都必须考虑在内。人们对拥有无限行驶里程、出色碰撞性能、流行造型和易于制造的汽车的渴望将继续推动汽车行业的进一步发展。 

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目前汽车行业面临的现状

目前，汽车行业供应商提交的CAMDS或IMDS不合格。实际填报数据中有不少企业提交的数据并不真实，可能原因如下：

工程师填报不熟悉：供应商填报工程师不熟悉填报流程，导致材料分类不正确、成分填写不完整、成分质量百分比不准确。

故意填报错误：尽管供应商工程师了解填报规则，但因材料中含有法规管控物质，有意将这些物质错填或降低其质量百分比。

缺乏管控体系：供应商没有完整的有害物质管控体系，零件中的部分材料由下级供应商提交，审核工程师未严格审批数据。

要求未贯穿供应链：尽管供应商有完整的有害物质管控体系，但未将要求逐级贯穿到下级供应链，导致下级供应商提交的数据错误或不正确。

外协件问题：代理或贸易商供货的外协件没有专职工程师填报，对材料及法规不熟悉，影响数据准确性。

首次供货问题：一些企业首次为汽车行业提供产品，缺乏专职工程师填报，对材料及法规不熟悉，影响数据准确性。

上海浦巍解决方案服务

​MDS系统咨询与培训：提供MDS系统使用、数据操作、问题解决等咨询与培训，提升客户内部产品合规管理人员的能力。

MDS系统维护：帮助客户注册、维护、管理MDS系统权限和帐号。

供应商MDS收集状态跟踪：为OEM等提供完整的产品MDS收集策划与跟踪服务，确保项目进度。

供应商MDS审核与批准：提供专业、准确的MDS审核和批准服务，保证数据高质量。

MDS填报外包服务：根据产品BOM、图纸等信息，提供快速、高效的MDS填报外包服务，满足客户需求。

MDS数据转换：根据客户需要，完成IMDS与CAMDS数据的相互转换，减少重复填报的困扰。

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