淺談汽車車身材料及應用

塗料按其屬性分為兩大類：有機塗料和無機塗料。有機塗料廣泛用於金屬、木材、塑料等材料表面的保護和裝飾；無機塗料主要用於在土建領域。汽車塗裝用塗料為有機塗料。

一、 塗料的組成與作用

　1、塗料的組成

塗料主要由五大類材料組成，油料、樹脂是塗料組成中的基礎，是主要成膜物質，常稱為固着劑或粘接劑。能夠把顏料等其它成膜物質粘接起來形成塗料，起到保護表面和裝飾的作用。塗料中沒有這兩個部分，就不能形成牢的塗膜，而且塗料的許多特性，主要取決於這兩 個部分的性能。

顏料使塗料其有一定的着色能力，呈現一定顏色，增加塗層厚度和遮蓋力，起到調色、裝飾和標誌作用，是塗料中的次要成膜物質。

溶劑包括助溶劑、稀釋劑兩種。溶劑能溶解並稀釋塗料中的成膜物質，改善塗層厚度性能。稀釋劑的主要作用是用來調整塗 料的粘度，以利於形成均勻光滑的塗層。

輔助材料在塗料中的作用是輔助成膜物質改善塗料性能，如催幹劑用來加快塗 料的乾燥速度，改善塗料性能和成膜後的質量；增塑劑用來提高塗層的韌性；防潮劑用來防止因施工環境濕度太大時引起塗 層泛白等問題；此外還有因化劑、抗結皮劑、抗老化劑等。 2、塗料的結構組分

按塗料的組成和結構類型不同，可將塗料區分為溶劑型塗料、水溶性塗料、粉末塗料、光固化塗料等。塗料的組成不同就構成了不同的塗 料品種，常用的有清漆、色漆、膩子等。

　① 清漆：塗料組分中沒有加入顏料和體質顏料，而呈清澈透明的膠質液體塗料。

② 色漆：塗料組分中加有顏料的不透明的塗料。

　　③ 粉末塗料：塗料組分中不含有揮發性物質的無溶劑固態粉末狀塗料。這類塗料有熱塑性和熱固性兩種。

　④ 膩子：塗料組分中加有大量體質顏料的稠厚漿狀體。

3.塗料的作用

塗料是一種成膜物質，塗料是國民經濟中一種不可缺少的重要材料。

⑴ 保護作用物體表面被塗後，塗料便可使物面與空氣、水分、日光以及有害氣體和微生物等隔離，因而可以保護物面、防止腐蝕和老化從而延長使用壽命。對於某些工業製品和機械設備，還可以根據其特殊的工作環境的需要塗以專門塗料，如耐酸、耐鹼、耐油、耐高温等性能的塗料，起到保護作有用。

⑵ 裝飾作用不同民族和不同地區的人民，對顏色有着不同的喜好。塗料中的顏料能夠賦予物體表面各種不同的色彩，從而使其與所處環境的色彩相協調，給人以不同質感的裝飾作用。

⑶ 特殊作用 各種不同顏色的塗料給人們心理帶來的不同感覺，可以用其表達各種示意，如不同顏色圖案被用來示出各種交通標誌,提醒駕駛員遵守有關交通規則。另外，塗在傳遞上的污漆，其中的妒忌緩慢滲出，可以殺死生在船底上的海洋生物，從而延長船舶的使用壽命，並保證其航速度。為使導彈、航天器等在飛行中不至於因與大氣摩擦產生高熱而燒燬。在其表面塗覆一中即耐高温又耐磨擦的塗料，還有用於絕緣、減震、消音、隔熱等方面的塗料。

二、塗料的分類、命名和類型

1、塗料的分類

國外的塗料產品都是根據各國的具體情況進行分類的，沒有統一的國際標準，使用不同國家和不同品種的塗料，應首先理解其塗料產品的類別，否則會導致圖裝質量事故。

化工部制定了以塗料基料中主要成分膜物質為基礎的分類方法，若主要成膜物質為混合樹脂時，則按在漆膜 中起主要作用的一種樹脂為基礎作為分類依據。這樣，便可根據其類別、名稱瞭解其組成、性能及施工方法等 。根據此分類方法，將塗料產品分為17大類。前4類寂寥主要是以植物油和天然樹脂作為主要成膜物質，通常稱為油漆或塗料。其後13類都是用合成樹脂為主成膜物質，其中有些品種類的組成中無油料，是純合成樹脂為主要膜物質的塗料，統稱為組合樹脂塗料。輔助材料，包括稀釋劑、助溶劑、催幹劑、防潮劑、催化劑、固化劑、脱漆劑、防澇化劑等。

　　２、塗料的命名

除粉末塗料外，塗料均成為漆。塗料的命名規則如下：

塗料名稱＝顏色或顏料名稱＋成膜物質名稱＋基本名稱 如大紅醇酸磁漆、鐵紅酚醛防鏽漆等。 塗料命名應注意以下問題：

① 塗料的顏色位於名稱最前面．若顏料對塗層性能起顯示著作用，則用顏料的名稱代替顏色的名稱。

② 塗料名稱中的成膜物質名稱均作適當的簡化。如聚氨基甲酸簡化成聚氨酯。

③ 如果基料中含有多種成膜物質時，選取主要的一種成膜物質命名。必須時選取兩種成膜物質命名，主要的在前面，次要的在後。列如紅環氧硝基磁漆。

④ 必要是可以在成膜物質名稱和基本名稱之間標明專業用途及特性等。列如醇酸導電磁漆、白硝基外用磁漆等。

　　⑤ 基本名稱仍採用我國廣泛使用的名稱。如清漆、磁漆等。

⑥ 凡是需要烘烤乾燥的塗料，名稱中都有“烘乾”或“烘”等字樣。如果塗料名稱中未標明，則為常温乾燥。

　　３、塗料的型號

國產塗料的型號是根據化工部標準（ＧＢ２７０５－９２）編制的，有三部分組成：第一部分是主要成膜物質代號；第二部分時基本名稱，用二位數字表示；第三部分是序號，表示同類品種間的組成、配比或用途。列如Ｃ０４－２，其中Ｃ表示成膜物質為醇酸樹脂；０４表示磁漆（基本名稱）；２表示序號。

　塗料中輔助才料型號有兩部分組成：第一部分為輔助材料的種類代號，如表８－３所列；第二部分是序號，用來表示同類品種間的組成、配比和用途的不同。；列如F-2 ，其中“F”表示防潮劑，“2”表示序號。又如X-1，其中“X”表示稀釋劑，“1”表示序號。

三、塗料的性能

由於組成的成份不同，塗料的物理化學性能也各不相同。

１．油脂類塗料

油脂類塗料是以各種乾性油脂作為主要成膜物質，再加入崔幹劑和其它輔助材料混合而成的一種預料，其特點是：具有較好的滲透能力，附着力強；與空氣中的氧氣作用自行乾燥成膜；乾燥後塗層柔硬行好，氣味和毒性小；耐候性強、防鏽能力好（如紅丹防鏽底漆）等，可調配成為膩子。

2．天然樹脂塗料

天然樹脂類塗料是以天然樹脂（如蟲膠、松香、天然瀝青、琥鉑、珂巴樹脂、安息香脂等），加上各種乾性植物油混合煉製後，再加入催幹劑、有機溶劑、顏料等組成的一類塗料。這類塗料成膜型號、外觀光亮豐滿、色澤鮮豔、裝飾以保護性能好，但耐久性能差，在空氣中使用不長時間就會失去光澤，併發生龜裂、分化等，而且 抗水性、耐熱性差。

3．酚醛樹脂類塗料

酚醛樹脂類是一酚醛樹脂和改性酚醛樹脂為主要成膜物質，加入洞油和其它乾性油混合練制後，再加入顏料、催幹劑、有機容劑和其它輔助材料混合調製而成的一類塗料。這類塗料塗層堅硬、光亮、易乾燥，有良好的電絕緣性能和防腐性能。其不足之處是塗層易泛黃，且耐水性和力學性能差。

4．醇酸樹脂塗料

醇酸樹脂類塗料是由多元醇、多元酸及脂及酸經縮合而成的醇酸樹脂和改性醇酸樹脂為主要成膜物質的塗料。這類塗料中有短、中、長油度的乾性、半乾性、不乾性等三種醇酸樹脂為主基料配製的多個品種，是合成樹脂類塗料中最重要的一種類型。這類塗料具有優良的附着力、耐候性好、不易老化、塗層光澤好、保光保色性好、塗層堅硬耐磨、機械性能好、耐油性能好等多種優點。

5．氨基樹脂類塗料

氨基樹脂類塗料是以氨基樹脂與醇酸樹脂混合製成的。這類塗料經烘烤成膜，所形成的塗層附着力強、色澤鮮豔、機械強度高、光澤好，有優良的保光保色性，具有耐油、耐水、耐鹼、耐溶劑、耐熱、抗老化等優點。其缺點是塗層必須烘烤才能成膜，且烘烤温度不能過高，否則塗層會變色、變脆，使塗層性能下降。

　　6．硝基類塗料

硝基類塗料是以硝化纖維類（硝化棉）、改性醇酸樹脂、增韌劑，加入各種顏料及有機溶劑混合而成的一類塗料。這類塗料在常温25攝時度左右能快速自幹，低温時也可以烘乾。乾燥形成塗層後，堅硬耐磨，經拋光打蠟後光澤發亮能延長使用壽命。但其漆膜薄，耐水、耐温變、耐腐蝕性能較差。

7．過氯乙烯樹脂材料

這類塗料的主要成膜物質是過氯乙烯樹脂，有時還加入改性醇酸樹脂以提高性能。這類塗料乾燥迅速（可自幹）、塗層柔韌光亮，具有好的耐候性和好的耐油、耐水、耐腐蝕性。但其附着力稍差，塗層較軟且耐熱性差，對塗裝條件要求高。

　8．乙稀樹脂塗料

常用汽車車身材料種類及材料

隨着汽車保有量的不斷增長，汽車已成為我們身邊不可缺少的交通工具，那麼面對越來越高的油價，我們無法把有限的石油再次利用，有資料表明，在2010年前，汽車數量突破10億大關。在1990-2020年期間，估計汽車數量將從7億增加到14億輛,到2013年石油的儲備總量的1/2將被耗盡,如何減少石油的損耗那麼車身材料的輕量化無疑是一個重大的突破口。本文詳細地論述了車身材料，車身材料應用現狀以及車身材料應用的發展趨勢。

　1.汽車車身材料的種類

　1.1鋼板

車身結構中有兩種類型的鋼板：熱軋鋼板和冷軋鋼板。熱軋鋼板是在 800℃以上的高温下軋製的，它的厚度一般在 1.6～8 mm之間，用於製造汽車上比較厚的零部件，例如車身和橫樑；車架、車輛車身內部鋼板、底盤零件、底盤大梁等。冷軋鋼板是由熱軋鋼板經過酸洗後冷軋變薄，並經過退火處理得到的（因為滾軋的關係，內部結構變硬，故而實施退火處理使它軟化）。他的厚度精度高，厚度為0.4～1.4mm。表面質量好，並且具有良好的可壓縮性。

當今的汽車主要使用高強度鋼板，從前的高強度鋼板，延伸強度雖高於低碳鋼板，但延伸率只是後者的50％，所以只適用於形狀簡單、延伸深度不大的零件。現在的高強度鋼板是在低碳鋼內加入適當的微量元素，經各種處理軋製而成，其抗拉強度高達420N/mm2，是普通低碳鋼板的2～3倍，延伸性能極好，可軋製成很薄的鋼板，是車身輕量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中國奇瑞汽車公司與寶鋼合作，2001年在試製樣車上使用的高強度鋼用量為262kg，佔車身鋼板用量的46%，對減重和改進車身性能起到了良好的作用。其品種主要有含磷冷軋鋼板、烘烤硬化冷軋鋼板、冷軋雙相鋼和超低碳高強度冷軋鋼板等。

　　①含磷高強度冷軋鋼板：含磷高強度冷軋鋼板主要用於車門、頂蓋和行李箱蓋，也可以用於載貨汽車駕駛室的衝壓件。主要特點為：具有較高強度，比普通冷軋鋼板高15%～25%。良好的強度和塑性平衡，即隨着強度的增加，延伸率和應變硬化指數下降甚微,具有良好的耐腐蝕性，比普通冷軋鋼板提高20%；具有良好的焊點性能。

　②烘烤硬化冷軋鋼板：經過沖壓、拉延變形及烤漆高温時效處理，屈服強度的以提高。這種簡稱BH鋼板的烘烤硬化鋼板，即薄又有足夠的強度，是車身外板輕量化的首選材料之一。

③冷軋雙相鋼板：具有連續屈服、屈強比低和加工硬化高、兼備高強度及高塑性的特點，如經烤漆後其強度可進一步提高。適用於形狀複雜且要求強度高的車身零件。主要用於拉伸性能好的成立零部件，如車門加強版，保險槓等。

④超低碳高強度冷軋鋼板：在超低碳鋼（c≤0.005%）中加入適量的鈦或鈮，以保證鋼板的深衝性能，再添加適量的磷來提高鋼板的強度。實現了深衝性與高強度的結合，特別適用於一些複雜而強度要求高的衝壓零件。

⑤高強度低合金鋼板：又稱回磷鋼板，是通過在低碳鋼中加入磷來提高鋼的強度。它具有和低碳鋼相類似的加工特性，為汽車的外部面板和車身提供了更高的抗拉強度。它的強度主要取決於添加的化學元素。可用來製造前後樑、車門檻板、保險槓面杆、保險槓加強筋、車門立柱等。

⑥高抗拉強度鋼板：又稱Si－Mn固溶體淬火鋼板，這種鋼增加了硅、錳和碳的含量，使抗拉強度得到提高。日本生產的汽車上裝有高抗拉強度鋼製成的車身構件，常規的加熱和焊接方法不會降低這種鋼的強度，它的`屈服強度可達 350 MPa，抗拉強度可超過 450 MPa。在汽車受到碰撞而產生變形時，它的應力將增加，超過屈服強度。如果對受到碰撞的部位加熱，促它恢復原來的變形，可減小因碰撞而產生的應力，因此強度又恢復到了原來的水平。如果碰撞所產生的應力超過了材料的抗拉強度，鋼材將會破裂。

　1.2鋁合金

鋁合金在車身上的應用主要分三個階段：“四門兩蓋”階段，這是比較昂貴的權宜之計，對車身承載沒有太大的影響；“殼式支撐結構”車身階段，這是第一階段中的一個提升，帶有了加強筋結構從而可以替代高強度鋼板；“空間框架結構”車身階段，這才是真正意義上實現了全鋁車身設計的製造。與汽車鋼板相比，鋁合金具有密度小、強度高、耐鏽蝕、熱穩定性好、易成形、可回收再生等優點，技術成熟。如表1是鋁合金在車身上的應用。根據車身結構設計的需要，採用激光束壓合成型工藝，將不同厚度的鋁板或者用鋁板與鋼板複合成型，再在表面塗覆防腐蝕材料使其結構輕量化且具有良好的耐腐蝕性。

　1.3鎂合金

鎂的密度為1.8g/cm3，僅為鋼材密度的35％，鋁材密度的66％。此外它的強度、鋼度高，導熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩定性好，因此在航空工業和汽車工業中得到了廣泛的應用。鎂的儲藏量十分豐富，鎂可從石棉、白雲石、滑石中提取，特別是海水的鹽分中含 3.7%的鎂。近年來鎂合金在世界範圍內的增長率高達20％。

鑄造鎂合金的車門是由成型鋁材製成的門框和耐碰撞的鎂合金骨架、內板組成。另一種鎂合金製成的車門，它由內外車門板和中間蜂窩狀加強筋構成，每扇門的淨質量比傳統的鋼製車門輕10kg，且鋼度極高。隨着壓鑄技術的進步，已可以製造出形狀複雜的薄壁鎂合金車身零件，如前、後擋板、儀表盤、方向盤等。

　1.4泡沫合金板

泡沫合金板由粉末合金製成，其特點是密度小，僅為0.4～0.7g／cm3，彈性好，當受力壓縮變形後，可憑自身的彈性恢復原料形狀。泡沫合金板種類繁多，除了泡沫鋁合金板外，還有泡沫鋅合金、泡沫錫合金、泡沫鋼等，可根據不同的需要進行選擇。由於泡沫合金板的特殊性能，特別是出眾的低密度、良好的隔熱吸振性能，深受汽車製造商的青睞。目前，用泡沫鋁合金製成的零部件有發動機罩、行李箱蓋等。

　1.5蜂窩夾芯複合板

蜂窩夾芯複合板是兩層薄面板中間夾一層厚而極輕的蜂窩組成。根據夾芯材料的不同，可分為紙蜂窩、玻璃布蜂窩、玻璃纖維增強樹脂蜂窩、鋁蜂窩等；面板可以採用玻璃鋼、塑料、鋁板和鋼板等材料。由於蜂窩夾芯複合板具有輕質、強度高、鋼度高、抗振、隔熱、隔音和阻燃等特點，故在汽車車身上獲得較多應用，如車身外板、車門、車架、保險槓、座椅框架等。英國發明瞭一種以聚丙烯作芯，鋼板為面板的薄夾層板用以替代鋼製車身外板，使零件質量減輕了50%～60%，且易於衝壓成型。

　　1.6工程塑料

與通用塑料相比，工程塑料具有優良的機械性能、電性能、耐化學性、耐熱性、耐磨性、尺寸穩定性等特點，且比要取代的金屬材料輕、成型時能耗少。二十世紀七十年代起，以軟質聚氯乙烯、聚氨酯為主的泡沫類、襯墊類、緩衝材料等塑料在汽車工業中被廣泛採用。福特公司開發的LTD試驗車，塑料化後的車身取得了輕量化方面的明顯成果。

中國工程塑料工業普遍存在工藝落後、設備陳舊、規模小、品種少、質量不穩定的狀況，而且價格高，缺乏市場競爭力。工程塑料在汽車上的應用僅相當於國外上世紀八十年代的水平。如上海桑塔納轎車塑料用量僅為2.86kg/輛，紅旗CA7228型轎車為2.4kg/輛，而日本轎車平均為14kg/輛，寶馬則更高，為35.64kg/輛。但這種局面將很快被打破，由上海普利特複合材料有限公司投資新建、國內最大的汽車用高性能ABS工程塑料生產基地日前在上海建成投產。此項目引進了世界先進的工程塑料生成線和試驗檢測儀器等設備，形成了年產15,000噸高性能ABS工程塑料的能力。

　1.7高強度纖維複合材料

高強度纖維複合材料，特別是碳纖維複合材料（CFRP），因其質量小，而且具有高強度、高鋼性，有良好的耐蠕變與耐腐蝕性，因而是很有前途的汽車用輕量化材料。碳纖維複合材料在汽車上的應用，美國開展的最好。

二十世紀八十年代後期，複合材料車身外覆件得到大量的應用和推廣，如發動機罩、翼子板、車門、車頂板、導流罩、車廂後擋板等，甚至出現了全複合材料的卡車駕駛室和轎車車身。據統計，在歐美等國汽車複合材料的用量約佔本國複合材料總產量的33％左右，並繼續呈增長態勢，複合材料作為汽車車身的外覆件來説，無論從設計還是生產製造、應用都已成熟，並已從車身外覆件的使用向汽車的內飾件和結構件方向發展。

　2.車身新材料應用的現狀

　2.1環保塑膠材質的應用

福特近日宣佈以植物纖維（小麥秸稈）為基礎支製成的環保塑膠材質，將率先導入使用為2010年福特flex的置物箱。位於加拿大安大略省的滑鐵盧大學，成功開發含有20%小麥秸稈製成的環保塑膠材質，福特率先採用此環保技術，用以新車款的內裝製造，將有助於減少由石油中提煉塑膠原料。據估計，福特每年將可以減少2萬磅石油消耗，同時減少二氧化碳排放約3萬磅，而且環保塑料材質不僅環保，其耐用度更佳，重量也更輕。

福特未來也不排除將此環保塑料材質導入中控台，車身托盤，飾板等組件的製造。更值得一提的是，小麥秸稈其實是種植小麥的副產品，光是加拿大安大略省就有超過2.8萬位農民在種植小麥，每年約有30萬噸小麥秸稈可以使用，不會減少人類的糧食，卻可以減少自然資源消耗，並且減緩地球暖化。

2.2天然纖維複合材料的應用

隨着汽車製造商和供應商開始尋找更多樣的生物複合材料並擴大其使用範圍，天然纖維複合材料正在成為汽車業的主流材料。

自最初用於車門內襯等少數隱藏零部件以來，天然纖維已開始出現與車主接觸和互動的車輛部位中，甚至還能看到天然材質的加強板。據瞭解，內飾專家已推出了採用高光澤的天然複合料來生產可見新概念的飾件，這與木屑的傳統利用方式頗為相似，不過天然纖維複合材料能兼顧裝飾和結構要素。同時，大豆基聚氨酯正在被用做汽車座椅墊的的填充材料，而混合蓖麻植物油的新型尼龍正在引擎罩下部件中嶄露頭角。