美国车用塑料和复合材料技术路线图（二）
（上接20期12版）
工业化生产证明了塑料和高分子复合材料确实在汽车生产领域具有独特的优势，这进一步增强了汽车生产商使用高分子复合材料的信心，加快了接受高分子复合材料的进程。但是高分子材料的开发、选择，部件的设计、生产和组装都需要各个公司来完。如果这些处于同一产业链上的塑料和高分子复合材料供应商、原始设备制造商、轮胎供应商、政府机构和科研院所之间通力合作，可以显著加快开发力度，从而生产出质量更轻、燃油效率更高、成本更低的车辆。产学研的整合也将有助于塑料和高分子材料的创新和应用。虽然塑料和高分子复合材料行业已与汽车行业合作多年，但障碍依然存在，这些障碍限制了塑料和高分子复合材料在汽车上的应用。
一、工业示范项目的开展
塑料和高分子复合材料在汽车行业的实际示范应用，可以获得显著的性能提升，并加速市场的接受程度。当前工业示范项目的开展主要面临的障碍包括：
与其他行业合作不充分 塑料和高分子复合材料行业与其他行业联合推进汽车和高分子复合材料技术创新。但是，目前行业合作不充分，并未实现效益最大化。未来，应加强与高分子复合材料产业可以在诸如航空航天、汽车运动、运动器材、风力发电机、军事应用等领域与其他产业的合作，从而加快碳纤维增强复合材料在汽车上的应用。
汽车产业供应链各环节合作有限 目前汽车产业供应链并不能在材料开发和零部件设计、生产、组装等领域很好地整合原始设备制造商（OEM）、轮胎开发和材料开发商的力量。阻碍汽车产业供应链各环节合作的主要因素是知识产权或者其他法律和业务问题。材料供应商往往不能充分认识到OEM厂商的需要，并不向OEM厂商提供所需的数据。这就导致OEM厂商倾向于选择自己熟悉的现有零部件，而不是采用新材料制成的零部件。
某些塑料和复合材料的初始成本高 与钢铁、铝和玻璃等材料相比，一些塑料特别是高分子复合材料的单位质量成本要高。如轻质填料和替代玻璃材料因成本高限制了其在车辆上的应用。虽然这些材料在整个车辆生命周期可以提供比其他材料更大的价值，但OEM厂商通常最关心材料和零部件的报价，而不考虑从材料、部件制造、车辆组装、设施维护到修理等相关成本以及材料生命周期所需的能源成本在内的整个系统成本。塑料和高分子复合材料行业目前缺乏成功的成本模式，这或多或少不利于展示其降低成本的能力，从而阻碍了在汽车工业领域的应用。
如何突破以上阻碍，需要建立更加明确的合作伙伴关系，以便更好地将开发人员和设计人员的能力与OEM厂商的需求结合起来，并充分利用现有的知识，帮助简化工艺并加速创新。具体措施包括：高调实施塑料和复合材料部件和系统的示范项目、提升整个产业链之间的合作，以及建立涉及整个系统利益的成本模型。而针对这些措施有分别设立了近期（2014～2016年），中期（2017～2025年）以及远期（2026～2030+）目标。
二、材料选择和零件设计
设计车辆系统需要仔细选择合适的材料，这样才能有利于后续工作的推进。选择合适的材料，可以最经济有效地满足生产所需。在选择具有必要属性的材料时，设计师还必须制定出能够最大程度优化材料性能的部件设计方案，并能经济有效地与车辆生产的其他流程有机整合。为了充分利用材料性能，材料选择和零件设计要紧密衔接，这就给塑料和高分子复合材料带来一定的挑战。
缺乏标准的材料性能数据库 目前，在设计开发能够提高汽车性能的零部件时，有许多不同的塑料和高分子复合材料可供选择。然而，设计师和工程师缺乏标准的塑料和高分子复合材料特性和性能的数据库。如果没有验证过的性能数据库，工程师和设计师很难为某项应用选择最佳的高分子复合材料。然而，开发这样的数据库造价不菲。
塑料和高分子复合材料的设计建模工具不足 虽然目前预测性的建模工具已用于将塑料和高分子复合材料制成诸如仪表板、门模块和前端模块等汽车零部件，但一些含有高分子复合材料的汽车零部件在设计生产时仍采用金属材料建模工具。这些金属材料建模工具并没有考虑塑料和高分子复合材料独特的性能特点。没有可靠的工程塑料和高分子复合材料专用建模工具，工程师就很难对高分子复合材料零部件设计进行精确测试。专用的建模工具对于证明高分子复合材料零部件可靠性十分关键。
三、制造和组装
汽车制造包括零部件制造与装配两大部分。当前汽车制造的基础设施是为金属材料优化设计的，这对汽车生产商使用塑料和高分子复合材料是个挑战。开发可以兼容塑料和高分子复合材料的汽车制造和装配工艺对于高分子复合材料开拓汽车市场应用将有着不可或缺的作用。
基础设施非为高分子复合材料设计 几十年来，不断投入巨资建设的汽车制造和组装基础设施使得塑料和高分子复合材料很难替代更多的现有材料，尽管与现有材料相比，高分子复合材料更具潜在优势。但是，由于塑料和高分子复合材料的很多性能与传统金属或玻璃部件不同，而现有基础设施大多是为生产金属部件而设计的，从设计到生产整个工艺过程都更适合金属材料，因此，可能需要大量的投资来取代现有的制造和装配基础设施。汽车工业一般不愿意做出冒险性投资，尽管他们已经看到高分子复合材料的潜在替代优势。
某些高分子复合材料循环周期厂不利于大批量生产 金属的成分通常是同质的，而高分子复合材料的成分各不相同。这增大了高分子复合材料的复杂性，特别含有热固性树脂的高分子复合材料的固化时间较长，比金属更难模塑。这因此，热固性复合材料目前的生产周期一般较长，从而不利于使用该种材料大批量生产汽车零部件。
缺乏多材料连接技术 虽然未来汽车设计将兼容多材料以优化汽车性能，但连接高分子复合材料部件和金属部件仍面临技术上的挑战。诸如点焊、铆钉和紧固件等连接技术适用于金属部件，而非高分子材料部件。目前还没有足够的数据说明现有的连接技术在多大程度上和如何改变材料性能。汽车工业还需要进行多材料结构设计优化工作。
检测和修复损伤能力差 由于高分子材料与金属的失效模式不同，现有的损伤检测和修复技术对塑料和高分子复合材料的适用性不如对金属材料的强。因此，通常的金属探伤技术，如如磁粉检测和涡流检测，不能用于塑料和高分子复合材料。目前还没有一种适用于高分子复合材料的低成本、简单易用、无结构损伤的探伤技术。此外，塑料和高分子材料零部件在经历碰撞后很难修复，即便可以修复，耐用性和外观美观都大不如新。这些限制都不利于汽车生产商使用塑料和高分子材料制造承载零部件。
此外，当前一些塑料和复合材料的性能难以像金属材料一样满足多造型变化所需要的表面光洁度。
材料行业应该与汽车行业充分合作，与汽车行业共同开发新的生产工艺，降低生产周期，提高成本效益，并提高流程自动化，生产高品质可靠的产品，从而是塑料和复合材料真正使用在高容量的车型当中。
四、材料本身的创新
除了以上几个方面，为了满足汽车行业的需求，是塑料和复合材料能更加广泛的应用于汽车领域，材料本身的创新也十分重要。创新主要包括：使材料更加能够经受汽车在制造、装配以及使用过程当中更加严苛的条件；更好地平衡材料的性能、美学以及成本的关系；加大复合材料的批量生产，以提高供应水平。（全文完）（宋玉春 编译）