能源和材料效率是汽車設計師對面向未來的車型系列和經濟上合理的解決方案的優先考慮清單上的關鍵要求。該主題領域的范圍很廣。這包括由于更嚴格的車隊限制而產生的精簡的二氧化碳足跡，智能地使用材料和使用新型材料混合的可持續輕量化。雖然傳統的內燃機汽車的重量較輕，可以減少破壞氣候的溫室氣體的排放，但更輕的電動汽車可以獲得額外的續航能力。

考慮到整體重量的雄心勃勃的車輛概念使用創新材料和不同材料的系統組合以形成功能性材料組合。然而，沒有靈丹妙藥。

新設計的電動汽車領域的標志，緊湊型小型汽車BMW i3，在推向市場不長時間之后就已經被制造商逐步淘汰。事實證明，由碳纖維增強塑料制成的乘客艙是一個成本驅動因素，而這款電動車先鋒的銷售數字遠遠低于預期。根據寶馬公司的說法，九年銷售中積累的損失加起來約為20億歐元，從而使得寶馬的碳核心多材料戰略受到了挫折。i3可能將由配備電動馬達的X1跨界車型繼承。

寶馬集團也絕沒有停止其在輕量化領域的活動，并正在擴大其在由天然材料制成的可持續的、節約資源的汽車部件領域的承諾。通過其風險投資部門BMW i Ventures，這家慕尼黑汽車制造商最近投資了瑞士公司Bcomp，一家由天然纖維制成的高性能復合材料制造商。

無獨有偶，沃爾沃也通過其風險投資子公司沃爾沃汽車技術基金（Volvo Cars Tech Fund）對瑞士Bcomp公司進行戰略投資。

與傳統材料相比，采用可再生原材料和天然纖維，如亞麻、紅麻等，能最大限度減少材料的使用量，更可減輕多達50%的重量，這將有助于降低車輛在使用過程中的能源消耗。此外，使用天然纖維還能減少二氧化碳計算值，因為植物在生長階段吸收二氧化碳釋放氧氣。

輕量化的新色調

昂貴的輕量化愿景是一回事，更具有可持續的材料和資源節約型制造工藝則是另一回事。汽車行業對廉價耐用的輕量化組件的呼聲越來越高，針對這種需求的努力已經結出碩果。

例如，由于需求增加，塑料集團和汽車供應商科思創正在擴大其聚碳酸酯復合生產線。這種合成生產的材料可以抵抗外部影響，不會分裂，還可以加工成大面積的組件。它的生產最近也考慮到了回收的原材料。

生產汽車天窗的專業公司偉巴斯特在其產品系列中推出了聚碳酸酯汽車天窗，與傳統的鋼制板條天窗，其重量可減輕3.5千克。

在車輛制造中，工業原材料的回收經驗參差不齊，但是，封閉的材料循環是纖維基復合材料的例外。一方面，復合材料的樹脂或塑料基體中的纖維無法在不損壞的情況下進行回收，從而改變材料性能；另一方面，單一品種塑料的回收需要化學處理。這聽起來像是努力和額外的成本。然而，再生纖維和原材料減少了與組件相關的二氧化碳排放量。

降低成本的關鍵

以塑料為基礎的電池外殼蓋顯示了一個擺脫兩難困境的方法。來自德國宇航中心（DLR）的研究實驗室展示了一個由玻璃纖維無紡布組成電動汽車的原型。

DLR的科學家們使用了熱塑性尼龍的基體和玻璃纖維非織造布。然而，仍然需要進行優化，以實現量產。材料和工藝成本的關鍵在于制造過程：為了使回收的無紡布達到穩定的高質量，工廠技術必須配備適當的傳感器和控制軟件。根據DLR的研究結果，與傳統的鋁制構造相比，額外的成本可以主要通過工藝自動化和更高的數量來補償。

這一點在韓國汽車零部件制造商Infac的實踐中已經可以看到。該公司最近開始批量生產一種用于電動汽車的塑料電池模塊外殼。據特殊化學品集團朗盛公司的說法，Infac公司使用了朗盛自有品牌Durethan的無鹵素、阻燃和玻璃纖維增強的聚酰胺6（PA6），這是一種易于組合的高性能塑料，也被用于制動踏板和油盤。

以分鐘為節拍的混合構件生產

從生產的角度來看，始終是成本問題拖累了混合材料的大規模使用。與傳統材料和工藝相比，周期時間短、材料循環不足和耗時的預定材料組合的預處理削弱了連續纖維增強復合材料和混合組件的競爭實力。

德國德累斯頓大學的輕量化和塑料技術研究所帶來了一線希望。由汽車供應商博澤牽頭的一個項目聯盟建立了一個用于批量生產高負載的混合材料組件全自動化的工藝鏈——德國宇航中心研究所的工藝開發中心現在宣布調試成功。

該系統基于一種注塑組合工藝，其中深拉金屬嵌件與預制的連續纖維增強補丁相結合，然后用短纖維增強塑料進行包覆。所有的工藝參數和工藝步驟都由一個中央控制單元通過350個傳感器通道進行監測和協調。

從金屬嵌件的精確溫度控制到促進粘合的等離子涂層和使用纖維增強貼片壓制的過程，都是針對循環時間小于一分鐘的大規模生產要求量身定制的。

在材料領域中的競賽還在繼續

然而，碳纖維部件的失分并沒有讓汽車工業輕量化的倡導者偏離正軌。在候選材料鋼、鋁、鎂和復合材料中，汽車制造商根本沒有明確的最愛。

例如，大眾汽車的模塊化電驅動矩陣（MEB）除了高強度鋼外，還包含許多其他輕量化結構，包括鋁制門檻板、超高強度座椅橫梁、薄型、高強度外門板、塑料后擋板和鋁制電池外殼。

在奔馳汽車公司，接近量產的概念車型 EQXX 也高度關注輕量化，畢竟奔馳這樣的傳統團隊關注的是全電動汽車在續航里程方面的優勢。

奔馳汽車工程師們針對 EQ 系列采取的輕量化措施旨在減輕 100 kWh 電池組以及車身和內部區域的重量。除了使用鋼材外，還有許多由鋁、鎂制成的組件以及由玻璃纖維和碳纖維增強塑料基體制成的組件和補丁。目標之一：電池體積更小、重量減輕 30%，每次充電可行駛 1000 公里。（來源：輕量化技術網、EV世紀、榮格等）

版權聲明：復材云集尊重版權并感謝每一位作者的辛苦付出與創作；除無法溯源的文章，我們均在文末備注了來源；如文章視頻、圖片、文字涉及版權問題，請第一時間聯系我們，我們將根據您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內容！