摘要：为了能够减轻汽车自重、降低油耗和减少排放，纳米技术材料和碳纤维复合材料在汽车上得以广泛应用，它们不仅能效明显，而且在汽车功能提升和提高性能方面都起到了良好作用。

    0 引言
    随着人们生活条件的改善，对汽车各种性能的要求也随之提高，这就使汽车在设计和制造过程中不断增加各种功能配置，汽车的重量也随之增加，这就与当前节能、减排、环保的要求不相适应。另外，汽车生产厂家也面临着降低汽车制造成木、增强市场竞争力的局面。所有这些都预示着汽车制造业对零部件材料提出了更高要求。

     1 纳米材料技术的使用
    为了减轻汽车重量，在汽车制造中应用的塑料数量将越来越多，纳米塑料可以改变传统塑料的固有特性，具有高强度、耐热性强、比重更小的特性，并且纳米塑料还有良好的透明度和较高的光泽度，所以纳米塑料在汽车上应用将会越来越广泛。
    我国已经研制出一种用纳米技术在汽油中填加乳化剂，并按一定比例加入汽油就可大大降低汽车的耗油量，比如桑塔纳轿车可以降低耗油量10％左右。另外，在燃料电池上采用纳米材料就可大大降低成本，因为纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力。经室温常压下实验证明，在这些纳米材料中可以释放出约2/3的氢能，所以用纳米材料替代昂贵的超低温液氢储存装置。
    日本和美国科学家发现纳米级二氧化钦可以广泛应用于高级轿车车身的金属色面漆，而采用我国武汉大学专利技术生产的纳米级二氧化钦，成本只有国外的1/4左右，前景十分看好。另外，经过纳米技术处理的部分材料，其耐磨性得到了极大地提高，分别可以达到黄铜的27倍、钢铁的7倍，所以这些材料可以制造汽车上磨损较大的零部件，比如奔驰高级轿车上的纳米陶瓷轴承等。

    2 聚合材料的使用
    传统汽车的零部件大多采用金属材料，但由于塑料材料具有一些独特性能，所以已经有越来越多的汽车部件采用了塑料制造。相对金属材料而言，塑料材料的密度更低，其比重仅为金属材料的1/6～1/2，能够使汽车的总体重量得以大幅度降低。并且塑料材料加工方便，生产效率高，能有效降低生产成本，同时塑料材料还具有良好的绝缘性，所以某些汽车电子部件首选塑料材料。
2.1  VICTREX PEEK聚合材料
    VICTREX PEEK聚合材料是性能最高的热塑性材料之一，具有非常好的耐高温性能，其在260℃的温度下能够长期连续工作，甚至在接近343℃熔点时，也能在短时间内维持机械特性。这种材料主要的优点是：在高温下机械性能非常优异，并能保持稳定；有相当突出的机械强度、耐冲击性及耐磨性，可使零件的使用寿命得以大幅度提高；耐化学性优异，对所有汽车用液体都具有卓越的抗腐蚀性，即使在高温下，也能抵抗酸、碱、无机及有机化学品的腐蚀；具有优秀的尺寸稳定性、低吸湿性和低热膨胀系数，可以满足零件严格的尺寸和形位公差要求。
因VICTREX PEEK聚合材料综合性能良好，故被广泛应用于汽车中的一些功能性部件及要求较高的关键部件中，如ABS阀、油泵、轴承、平衡齿轮、球形连接器、汽车车窗、座椅电机耐磨钉／耐磨垫、变速器密封圈等。
    在汽车中，门窗、天窗、座椅等各种电动的调节都是通过所安装的小型电机来实现。一般一辆功能较多的汽车最多会装有100多个小电机。而小电机中的耐磨钉／耐磨垫对材料的耐磨性和耐冲击性都有很高的要求，相对于传统的金属材料，用VICTREX PEEK聚合材料制造的耐磨钉／耐磨垫使电机的可靠性和使用寿命得以大幅度的提高。
    另外，对于经常处于运动或转动状态的变速器而言，要求其所使用的密封圈必须具有稳定的形状、尺寸，以及极强的耐疲劳性和密封性能。采用VICTREX PEEK聚合材料制作的密封圈，可以通过合适的切口设计，能够以更低的系统成本实现更好的密封性能，并且使用寿命也更长。
    2.2碳纤维增强塑料GFRP
    CFRP是英文Carbon Fibre Reinforced Plastic的缩写，意思为碳纤维增强树脂基复合材料，简称碳纤维复合材料。CFRP不仅重量轻、刚度强，而且具有耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点，所以在汽车轻量化中得到了不断的应用。CFRP还具有非常卓越的能量吸收性能，从而能够进一步保证了CFRP车辆的安全。
    在同强度下CFRP零部件比同类钢质零部件减重50％以上，比铝制部件减重30％以上。CFRP抗拉强度大都大于3500 MPa，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为230～430 Pa，也比钢高，但它的比重却不到钢的1/4; CFRP的比强度达到2000 MPa以上，而A3钢的比强度仅为59 MPa左右，其比模量也比钢高。目前在所有轻量化材料中，能够提供同等强度并将钢质零部件减重50％～60％的先进材料唯有CFRP。
    奥迪公司推出了一种由玻璃纤维增强聚合物制成的新型悬挂GFRP弹簧，它具有十分明显的轻量化优势，一般在中大型汽车上一根钢制弹簧的重量约为2. 7 kg，但具有相同性能的GFRP弹簧重量约为1. 6 kg，重量减轻了40%。
    具有较高的耐腐蚀性是GFRP弹簧的另一特点，它即使被石块撞击划伤表面，也能够抵御清洗液等化学药品的侵蚀。还有GFRP弹簧在生产过程中的能耗更低，更加环保，它让车辆的操控变得更为精准，同时还提升了震动时的舒适性。
    德国宝马公司生产的i3系4人座纯电动汽车，采用了CFRP制造的单体构造乘员舱模块以及铝合金构造的底盘模块，整备质量仅为1195 kg，其中铿离子电池重量为230 kg，CFRP重量为140 kg，比传统电动车减轻了250～350 kg。 BMW D碳纤维单体构造乘员舱具备了高韧性与高吸收能量能力，在Euro NCAP的测试中，i3在64 km/h的正面撞击与犯km/h的侧面撞击测试中都获得了优异成绩。
    我国汽车制造厂也在积极通过各种途径，将CFRP技术从研究实验室投入量产的时间得以缩短，以达到汽车的轻量化，提升产品的技术与附加值。
    奇瑞公司在2014年北京车展上推出的插电式混合动力车艾瑞泽7，车身采用碳纤维复合材料，外壳重量减轻10%，车身总体减重40％～60%，整车节油效果可以达到50％左右。由于碳纤维抗拉强度高达3500 MPa以上，所以该车比传统车型更加安全可靠。
    北京长城华冠汽车技术开发有限公司在2014北京车展上发布了一款名为前途（EVENT）的纯电动跑车。据相关介绍，作为首款中国自主研发具备量产状态的纯电动跑车，它以节能、环保为设计出发点，集汽车行业众多前沿科技为一身，提供了真正意义上满足用户使用的纯电动车产品。长城华冠EVENT车体内外覆盖整体采用CFRP材料，重量不足1600 kg，从而使产品本身既能保证优于传统金属钣金的力学及安全性能，又使产品重量大幅度降低，提高了产品的动力性、经济性。
    CFRP新能源汽车是未来汽车的主流方向，美国弗若斯特沙利文（Frost＆Sullivan）咨询公司发表的研究报告称：2010～2017年全球汽车碳纤维复合材料市场的年均增长率将达到31.5%。节能与新能源汽车已成为国际汽车产业的发展方向，我国《节能与新能源汽车产业发展规划》（2012～2020）指出，到2015年，我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力将达200万辆，累计产销量超过500万辆。
    目前，纳米材料和碳纤维增强复合材料在技术等各方面都取得了长足的进展，应用领域也在不断扩展。从以前主要集中在航空航天及代表科技前沿的军事领域，逐步拓展到工业应用领域，尤其在汽车上的应用大幅增加，但价格仍比较昂贵，大批量、高效率生产汽车零部件的工艺方法仍需要进一步的发展、完善。国际上已将纳米材料和碳纤维复合材料在汽车中的应用列为汽车轻量化材料发展计划的关键内容，这对汽车轻量化具有十分重要的意义。