上月结束的2025“两会”上，国家卫健委宣布将持续推进“体重管理年”3年行动，普及健康生活方式，全方位守护国民健康。有趣的是，这一“减重”或“瘦身”理念与我们塑料工业的一个发展方向不谋而合 - “轻量化”，它早已成为一场贯穿材料、工艺和设计的系统性革命，不仅是企业降本的生存策略，更是行业响应双碳目标的绿色答案。

在汽车领域，一块钢板的塑料平替可减重30%，却依然扛得住极端温度与冲击，轻量化已被证明是提高燃油效率的关键策略；在包装行业，0.1毫米的薄膜厚度优化，能省下万吨原材料；在电子电器中，导热塑料以铝1/5的重量实现相近的散热效能……“减重瘦身”不再只是人类身体的命题，更是材料科学的进化方向。

然而，轻量化绝非简单的做减法。它需要平衡强度与重量、成本与性能、传统工艺与创新材料 - 正如健康减肥需要科学饮食与运动的结合。

在“瘦身”成为全民话题的今天，本公众号开设“瘦身”专题，探索塑料工业的轻量化之路，或许能为读者提供另一种思考：如何用技术的“轻盈”，托举产业的“重生”。本期聚焦于汽车塑料零部件领域。

研究表明，车辆每减轻5%的重量，燃油效率可以提高2%。通常情况下，用塑料零件替换金属零件可以减少50%的重量。如果您是汽车制造商或塑料零部件成型加工商，正在考虑将金属零件转换为塑料零件以减轻零件重量吗？这样做可能需要您对现状发出挑战。本文将探讨如何定义和实现轻量化目标，确定三种适合用先进聚合物解决方案替代的汽车零部件，以及分享轻量化时该避的四种“坑”。

为了从金属向塑料过渡以减轻汽车零部件重量，通过提出以下问题来定义您的目标是很重要的： 

1. 什么性能因素驱动您在配件设计中对铝或钢的偏好？如果散热是主要驱动因素，那么导热型聚合物可能是一个很好的替代品。如果是出于刚度或强度要求，那么考虑利用长纤维热塑性塑料技术。这些材料和技术都能很好地在以上因素方面取代金属材料。

2. 当前的金属汽车零部件是否受到性能问题的困扰，例如腐蚀？塑料本质上具有抗腐蚀性，它消除了对生锈和其他形式的氧化导致金属部件损坏的担忧。

3. 汽车零部件是否需要昂贵或耗时的精加工过程？注塑成型的聚合物可以简化装配步骤，免除保护涂层和喷漆一类的二次精加工过程，从而提高生产效率。

工程塑料和特种复合材料因其能够通过注塑成型，实现金属般的性能，并提供设计灵活性，而越来越受到汽车业欢迎。塑料与汽车的结合为OEM厂家和汽配注塑厂商创造了巨大的机会，可以产生出卓越的产品，支持可持续发展目标，实现设计愿望，并且最重要的是提供最佳性能。

当然，并不是所有的金属汽车零部件都适合转换为塑料件，指出这一点同样也是重要的。有以下三种汽车零部件非常适合以塑代钢解决方案。

1. 需要高强、高刚度、抗冲击或耐极端温度的部件：

历史上，对塑料的担忧主要集中在它们的结构完整性和在温度变化下不熔化、翘曲或开裂的能力。然而，长纤维热塑性塑料（LFT）技术解决了这些担忧，填补了短纤维增强配方和过度设计材料之间的空白。LFT可以在广泛的温度范围内保持强度和刚度，并且与短纤维变体相比，表现出更好的抗冲击和抗疲劳性。

长纤维热塑性塑料背后的先进聚合物技术使热塑性塑料在低于冰点的温度下到接近200℃的范围内保持其强度和刚度。具体来说，即使在高刚度水平下，LFT也表现出色的抗冲击性能，而且与短纤维增强材料相比，这些材料的蠕变较低。它们的抗疲劳性能也是短纤维增强聚合物的100倍，能够承受高负荷的高机械阻力。在抗冲击性能方面，使用相同的增强剂和基体材料，LFT配方通常比短纤维配方高出约70%，并且具有更高的刚度。

长纤维热塑性塑料仍然提供了像短纤维聚合物那样的注塑成型的便利，但是纤维的长度和类型（玻璃、碳等）是塑料强度、刚度和耐久性的关键因素。此外，长纤维在注塑零件内形成了一种“3D网络”。这个网络即使在聚合物开始软化（蠕变）时也能支撑住零件，这意味着LFT是车辆在极端温度或压力下承受高应力部分的金属组件的优秀替代性材料。

2.导热组件： 

传统来讲，热塑性塑料的固有绝缘特性限制了它们在散热应用中的使用。然而，工程热塑性塑料的进步现在使得它们能够有效地散热，与金属相比具有相似的效果，但重量却只是其中的一小部分。因此，导热塑料提供了卓越的性能与重量比，使其成为汽车照明和电子系统等应用的绝佳选择。 

使用热导性聚合物，热导率可以达到20瓦特每米每开尔文（W/m·K）。这比标准热塑性塑料高50到100倍，是铸铝的1/5。这些特殊塑料的典型密度为1.65-1.75g/cm3，比铝低30-40%，提供了高性能、重量却更轻的替代方案。

卓越的性能与重量之比，结合注塑成型的便利性、减少的次要加工步骤以及完全的设计自由度，热导性聚合物可以在许多应用中助力汽车工程师，外部照明就是一个范例。前照灯和后灯组件产生大量热量，这会随着时间的推移对组件造成应力和疲劳，甚至缩短灯具的使用寿命。导热型塑料有助于散发热量，延长灯具的寿命，同时提供额外的设计和制造优势。

由于许多相同的原因，导热塑料在电子元件、流体管理系统和许多其它对温度敏感的应用中也非常有用。

3.电导性组件： 

在现代车辆中，管理静电放电（ESD）或其他静态电荷如电磁干扰（EMI）是至关重要的。在不使用传统金属组件的重量和设计限制的情况下，导电性和静电逸散材料可以提供必要的保护。

发动机控制、电力电子设备、信息娱乐系统、主动安全系统和其他电子系统是现代车辆的标准配置。为了确保这些系统正常运行，必须通过屏蔽发射源或敏感组件来管理电磁干扰（EMI）。特殊聚合物在性能上可以与传统的金属组件相当，并且便于制造下一代零件。

由金属到塑料的轻量化，对于努力达到车辆燃油效率目标的车企来说非常具有吸引力，但在实施时也要确保避开四种“坑”：

1. 选择材料时不要犹疑过久： 在设计过程中尽早与聚合物供应商沟通，明确所需的具体材料属性。知识渊博的供应商还可以展示车企可能没有考虑过的材料可能性，无论是新配方还是添加剂或填料。

2. 考虑功能，而不仅仅是重量： 不要错过改进零件功能或制造的机会 - 利用塑料固有的设计自由度来解决不仅仅是重量的问题。

3. 消除全用或全无的方法： 关键组件确实可能需要金属来实现某些特性，但这并不意味着塑料完全无立足之地。塑料/金属混合设计可以兼得两者的优点 - 减轻重量和结构强度，镶嵌成型（见下图）是能够使塑料和金属一起成型的工艺，值得多多研究。

4. 停止“一换一”思维：设计师们不再寻找具有相同几何形状的金属零件替代材料，而是利用额外的自由度将塑料一次成型为最终形状。聚合物的成型方式不同，并且通过使用最佳设计实践来优化其固有特性。

规避了轻量化的以上这些错误，就将有助于汽车零部件生产商提高制造效率，增加零件的功能属性，利用好混合塑料/金属设计。