汽車新材料與新工藝

杜毅平 王牧

主題詞：汽車色彩 新型材料 黑科技

摘要：汽車色彩設計近年受到越來越多的重視，內飾色彩開發作為一個復雜的設計過程，需要很多系統的支持與研究，其中新型材料與工藝的研發是支撐越來越具有美學感，實用性和科技感的汽車內外飾色彩設計的主要部分。

在經濟高速發展的未來，大量的新科技新技術，給我們的生活、學習、娛樂帶來越來越多的便利。 作為我們出行的主要交通工具，對汽車各類功能性，美學感的要求會日益提升。主要可以歸類為純為美學和趣味性而準備的黑科技材料技術，有為了日常出行安全性考慮的安全性新材料，還有為了更加節能考慮的輕量化材料，以及日益突出的環保需求而產生的環保材料，還有部分為了改善功能的新型材料。很多材料在航天航空和船舶領域有過成熟應 用，有些是在個人小產品上面先 行的，還有一些在軍工領域發揮過作用。然后再引入進汽車領域。

1.有趣的黑科技

1.1 變色材料

為了應變客戶越來越高的色彩需 求，和他們經常喜新厭舊的“毛病”，還有想常常換顏色的需求來彰顯個性。這個時候變色材料應允而生。 通常把在外界條件作用下能發生顏色改變的材料稱為變色材料。 變色材料通常按照所受的刺激方式分為感光變色材料、 溫感變色材料、電致變色材料和溶劑致變色材料4 類。下圖就是一種溫感變色材料。

它可能可以用在座椅，將溫感變色的涂料涂在座椅皮革或者織物上，它可以通過顏色反應出人體的體 溫，也許會時時關心你的健康也說不定。

如果使用在外飾，可以告訴你天氣溫度的變 化，讓汽車成為有生命感的產品。而不僅僅再是原來冰冷的機械 產物。

1.2 漸變材料

漸變形式，在目前參數化設計日益流行的 時候，更會被廣為應用。可以發現自然界幾乎沒 有明顯和極致界限的事 物，例如葉子枯變的過程 也會體現在色彩上，一張葉子上有綠色到黃色漸 變的色彩過渡，大樹抽嫩芽也是粗糙到細膩的紋 理漸變的過程。這是一種時間的縱深 感，是一種生命延續與變化的過程體 現。因此將這樣的變化 應用到色彩設計中，會讓我們的設計不這么機械化。目前有的主要是皮紋的漸 變、色彩的漸變，還有一些裝飾件上面的漸變。

1.3 吸光材料

去年特別流行的黑色顏料，這個顏色特別有趣，它可以使一切的造型隱形，被譽為看不見的物體，或者消失的光線。這個顏料可以吸收 99.9%的光線，使得物體不再具有立體 感。這是目前認為的絕對黑色，像宇宙的黑洞一樣，在很多小產品上已經有了應用。

（涂上Stuart Semple黑洞級黑顏料，球狀物變成平面黑斑，小玩偶變成紙片。）

2.安全性新材料

2.1 防碰撞材料

汽車安全一直是各大主機廠持續重點關注的問題之一，自動駕駛技術目前遲遲不敢應用的主要原因就是駕駛安全問題，一個是駕駛人員本身的安全，另一個更重要的是行人安全。一方面大家都在研究從軟件方面去突破這個行人保護和安全的問 題。例如防碰撞光傳感器，通過探測器進行感應給駕駛員或者行車智能控制器一個提示或者指 令。另一方面，也有很多吸能材料的出現，試想未來如果都是新型能源替代傳統油動力系統，勢必發動機艙的構造會有很大程度的不一樣。這些吸能材料在碰撞瞬間吸掉一部分碰撞的能量，不再像現在這樣的鐵皮去碰撞人，然后行人和車分離之后，它再慢慢釋放出來能量，變形回到原來的形狀。這樣的汽車是不是讓你覺得更Q更可愛呢？

2.2 抗菌型材料

隨著醫學的發達，未來人類壽命也會更長，大家對健康更為關注起來。抗菌型材料也應運而生。這類材料原本在醫學器械上面更為應用廣泛，它可以起到殺菌抑菌的作用，主要分為有機的提取材料和無機的提取材料。有機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，而無極性的抗菌型材料主要是金屬離子。

3.輕量化材料

3.1 納米材料

德國物理學家格萊特最早發現和研發這個概念。晶體的晶粒大小對材料的性能有很大的影響，因此納米材料比普通材料的強度要高很多。除此以外，在很多產品中加入納米材料，可以大幅提高相應材料的某些性能，例如，可以改善橡膠產品的耐磨性和使用壽 命，可以使汽油最大程度充分燃燒，可以使內飾塑料材料耐光照更不易老化。

（挪威國有電力公司，已實驗采用納米管來增加電力產出）

3.2 碳纖維材料

碳纖維材料原先在賽車上應用廣泛，因為它的結實程度和輕量化慢慢應用到普通家用車上，并且已經被應用到外飾和內飾座椅骨架 上。寶馬與相關企業成立合資 企業，用以生產輕量電車和混合動力車用的碳纖維復合 材料。奧迪、德戴姆勒、通用等也早就開始生產碳纖維強化塑料，開發的這種材料比常規優質鋼要結實10倍，但是重量僅僅是其1/4。

3.3 輕型合金

前幾年，作為國家重點研發項目，關鍵新合金品種開發取得重大突破，高端鋁合金鈦合金材高強鎂合金達到很高的生產能力。軍用飛機機體和發動機使用合金比例高達66%。鈦金屬由于具有高強度、延展性好、耐腐蝕、無磁性等優越性能，被廣泛用于航空航天、化工、石油、電力等領域。

除鈦合金之外，輕型合金還主要包括鋁合金和鎂合金。鋁合金使用較早，如今普及程度也較高，在汽車、輪船等領域經常出現。而鎂合金是實用金屬當中質量最 輕的，是汽車實現輕量化最重要的新材料之一。

4.環保材料

（澳大利亞 Brodie Neill 利用海灘上打撈上來的塑料袋設計并制作的桌子。）

4.1 再生材料

Nike研發了很多新型再生皮革材料，不僅和傳統皮革質感非常類似，而且在重量方面也做得更優于傳統材 料，而且耐磨等性能也更好。有用大葉海藻做的椅子，廢棄紙板做的桌 子，塑料再生的桌子，不僅環保，而且都很美。

汽車例如寶馬的 i3，其門板是使用椰子殼的材料再生使 用的。還有用大米研制開發 的alcantara等等。

5.功能性材料

5.1 導電材料

1970年的一天，日本筑波大學的白川英樹教授讓他的一位朝鮮籍研究生用乙炔制取聚乙炔。由于這位學生日語不太好，聽錯了導師對實驗中應加催化劑量的要求，結果加入了應使用催化劑用量的近1OO倍，然而這一錯誤竟帶來了奇跡，得到了一種銀光閃閃的薄膜，有一點導電性，很像金屬。實際上聚乙炔應該是一種黑色的粉末。由于白川英樹教授深知個人的力量不足以解決許多邊緣問題，公開聲明愿與各行各業的科學家合作。1977年白川英樹在與美國賓夕法尼亞大學的物理教授麥克第阿密特研究這種塑料薄膜時又發 現，若在乙炔的聚合過程中摻入碘，所得的聚乙炔呈金黃色，導電能力提高了3千萬倍。

研究進展：前聯邦德國的納爾曼教授用白川英樹催化劑體系獲得聚乙炔后，立即進行特殊的熟化和拉伸取向處理，再給聚乙炔薄膜摻雜，結果得到的材料比摻碘的電導率又提高了3 個數量級。納爾曼的聚乙炔導電能力與銅相近了。現已用導電聚合物制成發光二級管，還在傳感器、電磁屏蔽、催化等方面大顯身手。

應用領域：抗靜電添加劑、計算機抗電磁屏幕、智能窗、發光二極管、太陽能電池、移動電話、微型電視屏幕乃至生命科學研究等領域。

5.2 功能薄膜

（交互式的智能鞋面，智能設備和感應式材料的加入不僅讓鞋面設計更加個性化。）

由于目前人類社會從工業社會進入信息社會的進程越來越快，大家對電子超控的需求以及互聯網的依賴日益突出。 同時隨著經濟發展，人類對于美及裝飾性的需求。智能表面應運而生，它正是操控功能、簡單的顯示功能及裝飾功能的有效完美結合。

功能薄膜屬于智能表面的一種，其種類較多在戰略新興產業中扮演重要角色。目前，被看好的功能薄膜主要有光學薄膜、光伏薄膜、鋰電池隔膜、水處理滲透膜、高阻隔包裝膜等。