現有輕量化技術中，最引人注目的是樹脂減重、與異種材料接合減重，以及通過加工方法減重。

    汽車行業激烈競爭的低燃耗實力。與動力傳動系統的電動化相比，汽車的輕量化更受期待。減輕重量不僅可以減少燃料的消耗量，還能提高行駛性能和操控穩定性。而且材料用量減少，也可以降低成本。因此，現在有很多部件廠商、材料廠商都在加大力度開發輕量化技術，出現了不少馬上就能投入應用的技術?，F在最引人注目的是使用樹脂減重、通過異種材料接合減重，以及通過加工方法減重這三項技術。

    使用樹脂減重

    “SIENTA”的外裝減輕35％

    豐田的MPV“SIENTA”汽車的外飾件“推拉門導軌罩”通過樹脂化，大幅減輕了重量（圖1）。這種樹脂材料為KANEKA開發的聚合物合金“JP-F”系列，是由聚碳酸酯（PC）與聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）組成的聚合物合金（PC/PET合金），適合作為汽車的外飾件。

    △通過樹脂化減輕了重量的汽車外飾件豐田MPV“SIENTA”的“推拉門導軌罩”是使用PC/PET合金注塑成型（左）。（右）從后方看到的外觀設計的特點。側面后方呈弧形、上端面彎折，形狀非常復雜。

    新型PC/PET合金含有重量比為21％的無機填料，并且加入了配合劑。由此提高了性能。這種合金首先是剛性高。彎曲彈性模量從過去的6000MPa提高到6300MPa，實現了能夠作為汽車外飾件的強度和剛性。

    接下來，該材料的特點是線膨脹系數比過去小，接近鋼（鐵）。因為溫度變化引起的曲翹和收縮少，所以外觀設計性優良。而且，通過提高熔融時的流動性，還適用于大型成型品和薄壁成型品。

    SIENTA的推拉門導軌罩形狀復雜，側面后方呈弧形、上端面彎折，很難使用沖壓加工鋼板的方法成型。為此，豐田采用了成型性好的新型PC/PET合金。

    壁厚為3.0mm，強度和剛性與以往使用鋼板制作、厚度為0.8mm的導軌罩相當。通過改換新型PC/PET合金，實現了約35％的輕量化。

    減重4成的耐熱導風管

    汽車的耐熱導風管使用樹脂也減輕了重量。由經營吹塑成型品的愛克賽爾（EXCELL，總部：東京）使用東洋紡供應的樹脂生產。與以往的耐熱導風管相比，重量大約減輕了40％。已經在富士重工業汽車中投入實用。

    △耐熱導風管（近）實現了約4成的輕量化將以往的耐熱導風管（遠）的鋼管與橡膠管分別換成了PBT和TPEE。

    耐熱導風管是在汽車發動機艙內，用來連接帶增壓器的發動機的排氣歧管與中冷器的部件。以往的耐熱導風管使用鋼管制作管體，在兩端的結合部使用橡膠管來吸收振動。鋼管與橡膠管之間通過金屬緊固件連接。

    而新型耐熱導風管在管體的鋼管部分采用玻璃纖維增強聚對苯二甲酸丁二酯（PBT），兩端的橡膠管部分則改用聚酯彈性體（TPEE）“PELPRENE”。玻璃纖維增強PBT添加的玻璃纖維占重量的20％。耐熱性（使用環境溫度）方面，管體的玻璃纖維增強PBT部分和兩端的TPEE部分均為170℃。

    通過更換樹脂材料，新型耐熱導風管的重量約為0.8kg，比過去的約1.3kg減輕了0.5kg左右。

    成本也有所下降。這主要得益于減少了部件數量。以往的耐熱導風管使用1個鋼管部件、2個橡膠管部件和2個金屬緊固件，部件數量共計5個。而新型耐熱導風管通過采用一體成型的制造方式，部件數量僅為1個。

    實現一體成型依靠的是吹塑成型法“交換吹塑（ExchangeBlow）”。這是愛克賽爾開發的加工技術，能夠通過吹塑成型，使特性不同的兩種樹脂融為一體。新型耐熱導風管是使用具備硬質特性的PBT和軟質特性的TPEE，通過一體成型的方式制成的。

    新型耐熱導風管為PBT和TPEE雙層結構，兩端基本以TPEE層為主，PBT是極薄的一層。相反，管體則是以PBT層為主，而TPEE層是極薄的一層。由此可見，交換吹塑的優點在于，通過改變兩種樹脂的比例，可以加工出各部位具有不同功能的成型品（部件）。

    車門飾板使用發泡樹脂減重3成

    積水技術成型公司（SEKISUITECHNOMOLDING，總部：東京）開發出了重量減輕3成的車門飾板。通過采用自主技術，使PP（聚丙烯）材料發泡，厚度達到發泡前的2倍，并且具備了剛性和強度。該公司將盡快將其投入實用。

    （減重3成的車門飾板使PP發泡，厚度達到發泡前的兩倍，借此提高了剛性和強度。）

    車門飾板從發泡前的890g降至580g，減輕了35％，同時獲得了內飾品需要的外觀和強度。

    而以往技術最多只能比非發泡品減輕2成，如果繼續提高發泡率，就會出現強度下降、殘留的發泡痕跡影響外觀等課題。

    該公司利用適用于基體樹脂PP和添加劑等材料的配比技術，以及向模具內填充高壓氣體進行發泡的模具技術等，成功解決了這些課題。

    耐熱性、耐化學藥物的CFRP

    大賽璐-贏創（Daicel-Evonik，總部：東京）開發出了使用PEEK（聚醚醚酮）的碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）。材料分為兩種，一種是母材（基體材料）使用PEEK，一種是使用其他母材，在CFRP的表面覆蓋PEEK薄膜進行改性。兩種材料均具有良好的耐熱性和耐化學性，而且強度出色。PEEK的熔點為365℃，比熔點約為250℃、以耐熱性著稱的PA還要耐高溫。

    △使用PEEK的CFRP耐熱性和耐化學性強，強度優良。使用PEEK的CFRP預浸材，以及在表面覆蓋PEEK薄膜，對表面進行了改性的CFRP。

    使用PEEK作為母材的CFRP在母材含有率約為34％時，拉伸強度達2480MPa（試驗方法為EN2561），壓縮強度達1370MPa（試驗方法為EN2850）。

    從預浸材（碳纖維樹脂含浸片材）的狀態開始，經預加熱后，通過熱壓工序成型。預加熱需要70～85秒，搬運至沖壓機需要2～3秒，熱壓本身和冷卻需要2～5秒左右，共計74～93秒即可成型。預加熱的溫度為160℃以上，熱壓要求溫度為60～260℃，壓力為5個大氣壓。

    表面覆蓋PEEK薄膜改性的CFRP除了以提高耐熱性為目的外，還有望起到耐受含油、燃料的化學藥品、增加表面光滑度、防止因吸濕而降低降低的效果。薄膜的疊加與成型可同時進行。

 與異種材料接合

    減輕52％的制動踏板

    F-TECH通過更換材料、組合中空形狀，開發出了輕量化的制動踏板。使用聚苯硫醚（PPS）制作截面中空的框架部件，兩側包裹鋁合金板沖壓成型品。PPS與鋁合金接合使用大成PLAS（總部：東京）的異種材料接合技術“NanoMoldingTechnology（NMT）”。將經過了化學轉化處理的鋁合金板沖壓成型品放入模具中，然后通過注射PPS進行嵌件成型。

    △利用異種材料接合減重52％的制動踏板。新型制動踏板通過更換材料、組合中空形狀，成功減輕了重量（左）。鋁合金板沖壓成型品夾在PPS制成的框架部件的兩側（右）。

    而現行制動踏板由實心的鋼制部件焊接而成。如果為減輕重量而采用中空形狀，在焊接時很難維持加工精度。

    新型制動踏板的重量為400g，比現行制動踏板的892g輕52％。但部件有6個，比現行制動踏板多3個。因此成本估計高于現行制動踏板。據稱已經有日本的汽車企業決定采用。

    傳動軸通過摩擦壓接減重3成

    泉美工業（IZUMIMACHINEMFG，總部：愛知縣大府市）開發出了通過摩擦壓接，將鋼與鋁合金接合在一起的技術。接合的材料為A6061、S45C（碳素結構鋼）等。目前正針對傳動軸等軸件的輕量化用途，向客戶等提交解決方案。接合部的拉伸強度可確保達到鋁合金拉伸強度的80％以上。

    △通過摩擦壓接減輕了重量的傳動軸樣品。鋁合金A6061與碳素結構鋼S45C直接接合。

    摩擦壓接是用于軸件連接等用途的技術，該技術通過旋轉一方的構件并按壓在另一方構件上，利用摩擦來發熱，然后加壓接合。因為接合時的溫度低于熔點，而且加工時間短，所以屬于材料不熔融的固態接合。但在摩擦熱和壓力的作用下，接合界面會產生鐵與鋁的金屬間化合物。

    鐵與鋁的金屬間化合物雖然是接合所需的物質，但物理性質脆硬，如果大量生成并形成厚層，接合處容易斷裂。摩擦壓接與焊接相比，溫度低、加工時間短，金屬間化合物層很薄，只有數μm，有望取得良好的接合效果。

    已知可接合的鋼與鋁合金的配對如下：鋼為碳鋼、鉻鉬鋼、鉻鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、不銹鋼等，鋁合金為A1000系、A5000系、A6000系等（A6000系與碳素工具鋼、合金工具鋼的組合除外）。

    與金屬粘合的玻璃纖維強化PA

    東洋紡開發出了適合與金屬實施異種材料接合、強度和剛性出色的玻璃纖維增強聚酰胺（PA）“GLAMIDEJF-30G”。這種樹脂高密度填充了玻璃纖維，可與鋁合金等金屬直接強力接合。該公司將充分利用其樹脂部分具有高強度、高剛性的特點，力爭在汽車車體骨架和轉向構件等領域投入實用。通過替換部分鋼制部件實現輕量化。

    △與金屬強力接合的玻璃纖維增強PA。玻璃纖維增強PA（貼有JF-30G字樣）與金屬直接接合的試片。因為玻璃纖維的填充率高，所以強度和剛性良好。

    新型玻璃纖維增強PA在PA6或PA66中添加了重量比例為70％的玻璃纖維。使玻璃纖維的填充率達到“業內最高水平”（該公司），并在樹脂中均勻分散。通過這一舉措，提高強度和剛性，得到了曲翹少、外觀品質良好的成型品。彎曲強度為480MPa，彎曲彈性為28GPa。

    而以往的通用玻璃纖維增強PA，也就是玻璃纖維重量比例為30％的PA6，其彎曲強度只有240MPa，彎曲彈性只有8.5GPa。也就是說，新型玻璃纖維增強PA與以往的通用玻璃纖維增強PA相比，彎曲強度是后者的2倍，彎曲彈性提高到了后者的3倍多。

    金屬與新型玻璃纖維增強PA通過“錨固效應”接合。具體使用的是大成PLAS（總部：東京）的異種材料接合技術“NMT（NanoMoldingTechnology）”。先將金屬工件浸泡在藥液中進行表面處理，再在金屬工件的表面大量形成nm尺寸的微孔。然后將金屬工件放入模具，注射新型玻璃纖維增強PA進行嵌件成型。這樣一來，熔融樹脂會進入微孔并凝固，起到楔子的作用，將金屬與玻璃纖維增強PA牢牢接合在一起。

    新型PA提高了流動性。容易穿過玻璃纖維的縫隙，流入金屬工件表面的微孔。而且優化了結晶化速度，樹脂會在進入微孔后凝固。而以往的PA流動性低，不僅不易流過玻璃纖維的縫隙，而且有時在進入微孔前就會凝固。因此，金屬與玻璃纖維增強PA的接合強度較低。

    CFRP與橡膠一體成型的復合部件

    藤倉橡膠工業試制出了CFRP管表面覆蓋橡膠的“CFRP-橡膠復合管”。這是使作為CFRP母材的環氧樹脂與橡膠同時硬化制成的一體部件。與無橡膠的CFRP管相比，能夠獲得可快速衰減振動的特性、耐磨性、防滑效果和絕緣性等。

    △CFRP與橡膠一體成型的復合部件。通過使CFRP的母材環氧樹脂與橡膠同時硬化，制成一體部件。

    通過在環氧樹脂中加入特定成分，環氧樹脂與橡膠發生化學反應，形成了交聯結構。再加上錨固效應，橡膠不會從CFRP上脫落下來。無需使用粘合劑。橡膠除包裹管件表面外，還可以按照CFRP-橡膠-CFRP的結構，在層間注入。藤倉橡膠工業表示，“如果是只使用CFRP的管件，其他公司也能制造，我們希望使產品具備功能性，借此實現差異化”。

    加工法減重

    車柱和骨架部件減重30％

    住友重機械工業開發出了可以減輕汽車車身、車架等車體部件的制造系統“STAF（SteelTubeAirForming）”。將鋼管放入沖壓機的模具后，通過通電加熱、注入高壓空氣、成型、淬火的順序進行加工。通過使用這次開發的控制系統，可以高精度加工出帶凸緣的連續異形封閉截面。

    △高強度帶凸緣的封閉截面構件。通過熱空氣吹塑和模內冷卻，形成拉伸強度為1500MPa級的異形封閉截面?？梢詼p輕汽車車體和框架等車體部件的重量。

    該系統設想用來制造A柱和B柱、前后左右前方的車頂縱梁、前端車架、側底框梁等車體構件。發揮其有別于液壓成型，能夠形成凸緣的特點。因為凸緣可以作為與其他部件焊接時的接合處，所以該系統適合用來制造需要與周圍的多個部件進行接合的車體構件。

    該系統具有液壓成型的特點，可以制作封閉截面的部件，而且融合了熱沖壓的特點，可以在加熱鋼板沖壓成型的同時進行淬火，實現1500MPa級的拉伸強度。可以制造輕巧堅韌、剛性良好的封閉截面構件。另外，通過使用凸緣同時成型技術，在封閉截面結構上增加凸緣，還可以解決液壓成型一直以來的課題，取消為接合其他構件而另行焊接凸緣的工序等，提供容易應用于車體部件的方案。

    首先，將管件放入模具，夾緊電極。通電約10秒進行加熱，使溫度達到900℃左右。管件在通電加熱時，電極的接觸面積左右相同，而且與板材相比，能夠保持更穩定的接觸，因此可以實現均勻加熱。與過去使用加熱爐進行加熱的方法相比，還可以大幅減少耗電量。

    接下來調整鎖模位置（半開狀態）。向這里供應高壓空氣，在半開部分略微膨脹的狀態下進行鎖模，使凸緣部分成型。然后，為使管體部分更貼合模具內面的形狀，繼續增加高壓空氣，進行吹塑成型。材料在緊貼模具后，會快速冷卻淬火，形成1500MPa級構件。

    在強度相同的條件下，將汽車車體部件更換為STAF構件，與過去的結構相比，重量可以減輕約30％。而且無需鈑金沖壓加工所需的沖切和修邊，只需要在成型后切斷端部即可，成品率可提高至90％左右。通過凸緣的一體成型可以減少部件數量，大幅降低成本。成本可以比液壓成型減少5％，比熱壓減少30％。

（圖文來源于互聯網）