汽车新材料与新工艺

杜毅平 王牧

主题词：汽车色彩 新型材料 黑科技

摘要：汽车色彩设计近年受到越来越多的重视，内饰色彩开发作为一个复杂的设计过程，需要很多系统的支持与研究，其中新型材料与工艺的研发是支撑越来越具有美学感，实用性和科技感的汽车内外饰色彩设计的主要部分。

在经济高速发展的未来，大量的新科技新技术，给我们的生活、学习、娱乐带来越来越多的便利。 作为我们出行的主要交通工具，对汽车各类功能性，美学感的要求会日益提升。主要可以归类为纯为美学和趣味性而准备的黑科技材料技术，有为了日常出行安全性考虑的安全性新材料，还有为了更加节能考虑的轻量化材料，以及日益突出的环保需求而产生的环保材料，还有部分为了改善功能的新型材料。很多材料在航天航空和船舶领域有过成熟应 用，有些是在个人小产品上面先 行的，还有一些在军工领域发挥过作用。然后再引入进汽车领域。

1.有趣的黑科技

1.1 变色材料

为了应变客户越来越高的色彩需 求，和他们经常喜新厌旧的“毛病”，还有想常常换颜色的需求来彰显个性。这个时候变色材料应允而生。 通常把在外界条件作用下能发生颜色改变的材料称为变色材料。 变色材料通常按照所受的刺激方式分为感光变色材料、 温感变色材料、电致变色材料和溶剂致变色材料4 类。下图就是一种温感变色材料。

它可能可以用在座椅，将温感变色的涂料涂在座椅皮革或者织物上，它可以通过颜色反应出人体的体 温，也许会时时关心你的健康也说不定。

如果使用在外饰，可以告诉你天气温度的变 化，让汽车成为有生命感的产品。而不仅仅再是原来冰冷的机械 产物。

1.2 渐变材料

渐变形式，在目前参数化设计日益流行的 时候，更会被广为应用。可以发现自然界几乎没 有明显和极致界限的事 物，例如叶子枯变的过程 也会体现在色彩上，一张叶子上有绿色到黄色渐 变的色彩过渡，大树抽嫩芽也是粗糙到细腻的纹 理渐变的过程。这是一种时间的纵深 感，是一种生命延续与变化的过程体 现。因此将这样的变化 应用到色彩设计中，会让我们的设计不这么机械化。目前有的主要是皮纹的渐 变、色彩的渐变，还有一些装饰件上面的渐变。

1.3 吸光材料

去年特别流行的黑色颜料，这个颜色特别有趣，它可以使一切的造型隐形，被誉为看不见的物体，或者消失的光线。这个颜料可以吸收 99.9%的光线，使得物体不再具有立体 感。这是目前认为的绝对黑色，像宇宙的黑洞一样，在很多小产品上已经有了应用。

（涂上Stuart Semple黑洞级黑颜料，球状物变成平面黑斑，小玩偶变成纸片。）

2.安全性新材料

2.1 防碰撞材料

汽车安全一直是各大主机厂持续重点关注的问题之一，自动驾驶技术目前迟迟不敢应用的主要原因就是驾驶安全问题，一个是驾驶人员本身的安全，另一个更重要的是行人安全。一方面大家都在研究从软件方面去突破这个行人保护和安全的问 题。例如防碰撞光传感器，通过探测器进行感应给驾驶员或者行车智能控制器一个提示或者指 令。另一方面，也有很多吸能材料的出现，试想未来如果都是新型能源替代传统油动力系统，势必发动机舱的构造会有很大程度的不一样。这些吸能材料在碰撞瞬间吸掉一部分碰撞的能量，不再像现在这样的铁皮去碰撞人，然后行人和车分离之后，它再慢慢释放出来能量，变形回到原来的形状。这样的汽车是不是让你觉得更Q更可爱呢？

2.2 抗菌型材料

随着医学的发达，未来人类寿命也会更长，大家对健康更为关注起来。抗菌型材料也应运而生。这类材料原本在医学器械上面更为应用广泛，它可以起到杀菌抑菌的作用，主要分为有机的提取材料和无机的提取材料。有机抗菌型材料一般是提取了天然材料或者某些低分子和高分子的材料，而无极性的抗菌型材料主要是金属离子。

3.轻量化材料

3.1 纳米材料

德国物理学家格莱特最早发现和研发这个概念。晶体的晶粒大小对材料的性能有很大的影响，因此纳米材料比普通材料的强度要高很多。除此以外，在很多产品中加入纳米材料，可以大幅提高相应材料的某些性能，例如，可以改善橡胶产品的耐磨性和使用寿 命，可以使汽油最大程度充分燃烧，可以使内饰塑料材料耐光照更不易老化。

（挪威国有电力公司，已实验采用纳米管来增加电力产出）

3.2 碳纤维材料

碳纤维材料原先在赛车上应用广泛，因为它的结实程度和轻量化慢慢应用到普通家用车上，并且已经被应用到外饰和内饰座椅骨架 上。宝马与相关企业成立合资 企业，用以生产轻量电车和混合动力车用的碳纤维复合 材料。奥迪、德戴姆勒、通用等也早就开始生产碳纤维强化塑料，开发的这种材料比常规优质钢要结实10倍，但是重量仅仅是其1/4。

3.3 轻型合金

前几年，作为国家重点研发项目，关键新合金品种开发取得重大突破，高端铝合金钛合金材高强镁合金达到很高的生产能力。军用飞机机体和发动机使用合金比例高达66%。钛金属由于具有高强度、延展性好、耐腐蚀、无磁性等优越性能，被广泛用于航空航天、化工、石油、电力等领域。

除钛合金之外，轻型合金还主要包括铝合金和镁合金。铝合金使用较早，如今普及程度也较高，在汽车、轮船等领域经常出现。而镁合金是实用金属当中质量最 轻的，是汽车实现轻量化最重要的新材料之一。

4.环保材料

（澳大利亚 Brodie Neill 利用海滩上打捞上来的塑料袋设计并制作的桌子。）

4.1 再生材料

Nike研发了很多新型再生皮革材料，不仅和传统皮革质感非常类似，而且在重量方面也做得更优于传统材 料，而且耐磨等性能也更好。有用大叶海藻做的椅子，废弃纸板做的桌 子，塑料再生的桌子，不仅环保，而且都很美。

汽车例如宝马的 i3，其门板是使用椰子壳的材料再生使 用的。还有用大米研制开发 的alcantara等等。

5.功能性材料

5.1 导电材料

1970年的一天，日本筑波大学的白川英树教授让他的一位朝鲜籍研究生用乙炔制取聚乙炔。由于这位学生日语不太好，听错了导师对实验中应加催化剂量的要求，结果加入了应使用催化剂用量的近1OO倍，然而这一错误竟带来了奇迹，得到了一种银光闪闪的薄膜，有一点导电性，很像金属。实际上聚乙炔应该是一种黑色的粉末。由于白川英树教授深知个人的力量不足以解决许多边缘问题，公开声明愿与各行各业的科学家合作。1977年白川英树在与美国宾夕法尼亚大学的物理教授麦克第阿密特研究这种塑料薄膜时又发 现，若在乙炔的聚合过程中掺入碘，所得的聚乙炔呈金黄色，导电能力提高了3千万倍。

研究进展：前联邦德国的纳尔曼教授用白川英树催化剂体系获得聚乙炔后，立即进行特殊的熟化和拉伸取向处理，再给聚乙炔薄膜掺杂，结果得到的材料比掺碘的电导率又提高了3 个数量级。纳尔曼的聚乙炔导电能力与铜相近了。现已用导电聚合物制成发光二级管，还在传感器、电磁屏蔽、催化等方面大显身手。

应用领域：抗静电添加剂、计算机抗电磁屏幕、智能窗、发光二极管、太阳能电池、移动电话、微型电视屏幕乃至生命科学研究等领域。

5.2 功能薄膜

（交互式的智能鞋面，智能设备和感应式材料的加入不仅让鞋面设计更加个性化。）

由于目前人类社会从工业社会进入信息社会的进程越来越快，大家对电子超控的需求以及互联网的依赖日益突出。 同时随着经济发展，人类对于美及装饰性的需求。智能表面应运而生，它正是操控功能、简单的显示功能及装饰功能的有效完美结合。

功能薄膜属于智能表面的一种，其种类较多在战略新兴产业中扮演重要角色。目前，被看好的功能薄膜主要有光学薄膜、光伏薄膜、锂电池隔膜、水处理渗透膜、高阻隔包装膜等。