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玄武岩纤维在汽车轻量化中的应用

作者：杨堃

来源：《新材料产业》2018年第10期

汽车的诞生，给人类带来很大的便捷，对人类社会的发展与进步起到了极大的促进作用。

在现代社会，汽车成为目前人们不可或缺的出行工具。然而随着汽车工业的不断发展，全球汽

车销量急剧增加，给生态环境带来负面影响，如能源紧缺、环境污染、资源枯竭等一系列问题。

转变传统高能耗、高污染的经济增长方式，大力推进节能减排，发展以低能耗、低排放为标志

的低碳经济,实现可持续发展成为未来的发展趋势。

随着人类社会的不断向前发展，人们对环保意识的增强，加上能源危机日趋严重，实现汽

车轻量化以达到节能环保的诉求越来越高，优化车身结构设计、应用新型轻质材料等成为轻量

化研究工作的主要目标[1]。汽车材料是决定汽车好坏的重要元素，汽车材料的不断更新换代是

提高汽车质量的保障，实现汽车轻量化的主要途径之一是新材料的应用。玄武岩纤维（图1）

属于无机纤维，是采用天然玄武岩矿石经高温熔融拉制而成，是我国重点发展的4大纤维之一。

美国德州的CBF工业联盟指出：玄武岩纤维是碳纤维的廉价替代品，具有一系列优异性能，

最为可取的是因为它取自天然矿石而无任何添加剂，是目前为止唯一的无环境污染的不致癌的

绿色健康玻璃质纤维产品。玄武岩纤维在强度、耐高温、耐腐蚀、隔热、隔音等方面性能优越，

是节能环保的新材料。未来这种材料将有望在汽车领域大幅应用。本文针对玄武岩纤维在汽车

轻量化技术中的应用而展开。

一、轻质材料在汽车上的应用

汽车中大量采用轻质材料可以有效减轻汽车的质量。

1.高强度钢

这些年，高强度钢在汽车上的应用范围有着逐渐扩宽的趋势，并成为汽车工业发展最快的

轻质金属材料之一，占有相当比例的市场份额。它的抗碰撞性能、耐腐蚀性能在汽车的车身、

底盘、悬架和转向系零件上应用。2001年，奇瑞汽车股份有限公司与宝钢集团有限公司合作，

在样车上应用高强度钢板262kg，减轻车身12%，对于汽车轻量化起到良好的作用。板材和管

材作为高强度钢的2种形式，很好的取代了普通钢、一般铸铁在车身零件的应用。然而，我国

在高强度钢在汽车上的应用，自主开发能力不足，使得新产品的开发还得依赖于国外的先进技

术和设备，品种单一。我国高强度钢在汽车中的应用范围有待进一步扩大[2]。

2.有色金属

目前，在车身系统、底盘和动力总成系统采用铝合金和镁合金作为汽车车身轻量化材料被

广泛应用。其中铝在地壳中的含量约占8.13%，算是金属元素最含量最多的一种。据国际汽车

生产行会统计，在2000年以前，铝合金在汽车上的用量呈增长的趋势，几乎90%的汽车在用。

镁虽是最轻的金属材料，但价格远远高于铝，生产技术在一定程度上受限制，在汽车上的应用

相对较少。福特公司曾经与一家加拿大铝业公司生产一辆AIV(图2），其使用铝合金270k

g，比传统钢生产的汽车轻了200kg[3]。铝合金的成本高、工艺焊接性能很差，使其最终不

能大量应用在汽车上。

3.非金属材料

其他非金属材料如塑料，由于质量轻、耐腐烛、易加工，是汽车工业最有发展潜力之一。

汽车塑料的应用经历了从内饰件向外部件不断扩展的发展历程，既仪表板、杂物箱盖、顶棚、

车门内板、副仪表板、座椅及各类护板等内装件，又车身外板、后阻流板、保险杠、车轮罩、

前后翼子板、发动机进气管和气门室罩盖等外部件[4]。塑料为汽车轻量化的发展奠定了基础，

但是从保护环境和再利用的角度考虑，塑料在汽车上的应用是摆在世人面前的一大难题。

二、玄武岩纤维在汽车上的应用

玄武岩纤维是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而

成的连续纤维，强度与玻璃纤维相当。纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有些似金色。玄武

岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、

氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制而成的。玄武

岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩

纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，

无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。我国已把玄武岩纤维和碳纤维、芳纶、

超高分子量聚乙烯列为重点发展的4大纤维，实现了工业化生产。玄武岩连续纤维已在纤维增

强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料