折叠复合材料购物车轻量化技术应用

1 折叠购物车轻量化的核心需求与传统产品痛点

1.1 多元场景下的轻量化需求

电商自提场景：用户使用折叠购物车时，往往需要在小区与自提点之间往返（距离大致在 300-1000m ）。相关调研数据显示，购物车重量每增加 1kg ，用户体力消耗会相应增加；当购物车重量不超过3kg 时，用户使用意愿相对较高，而重量达到5kg 及以上时，使用意愿明显降低。

社区团购场景：团长在物资搬运过程中，购物车折叠后的体积对储物空间利用影响较大。从实际使用需求来看，折叠后厚度在 10cm 以内、宽度在 30cm 以内的购物车，更便于在电梯内搬运以及家庭储物柜存放。

户外露营场景：折叠购物车不仅需要满足轻量化要求，以便于车载收纳与徒步携带，还需具备较好的耐冲击性与抗紫外线老化性能，这样才能在复杂的野外环境中保持良好的使用状态。

1.2 传统折叠购物车的核心痛点

重量与承重的权衡挑战：在确保 15kg 额定承载能力的前提下，钢制购物车通常需采用管径 18-22mm 的管材构建车架，致使整机重量普遍超过 6kg 。铝合金材质虽可将重量优化至 4-5kg 区间，但制造成本较钢材增加2-3 倍，且在低温工况下存在结构稳定性下降的风险。

折叠结构的优化空间：传统多连杆折叠机构依赖螺栓、铆钉等连接件实现装配，这些部件的重量占比可达总重 15% 以上。同时，折叠后的结构中存在部分外凸构件，在收纳和使用过程中可能带来衣物剐蹭或空间利用效率降低的问题。

环境适应性待提升：钢制购物车在雨季或高湿度环境中，3-6 个月内可能出现局部锈蚀现象，对产品使用寿命产生影响。部分塑料材质的零部件（如车轮、握把）在长期紫外线照射下，存在老化开裂的潜在风险，导致维护更换频率较高。

2 折叠购物车轻量化的复合材料选型策略

大众化产品（终端价 100-200 元）：GFRP-PP 复合材料在密度表现上具备一定优势，约为 1.2g/cm³ ，相较于钢材 7.85g/cm³ 的密度，在重量控制方面存在显著优化空间，减重效果可达 80% 以上。同时，其成本与优质钢材相近（钢材约 8 元 /kg ），适合应用于车架、篮筐框架等主体结构；车轮选用 TPR（热塑性橡胶）材质，与传统橡胶轮相比，在重量上有所降低，降幅约 30% ，并且在减震性能上有一定提升。

中高端产品（终端价 200-300 元）：GFRP-EP 材料在弯曲强度方面表现较为突出，可达 400MPa 以上。基于这种性能优势，在设计主车架立管、折叠轴等关键承重部件时，可将管材直径从传统钢制的 20mm 优化至 12-15mm ，有望实现 15%-20% 的减重效果。

高端定制产品（终端价 ⩾300 元）：对于户外露营等特定使用场景，CFRP-EP 与 GFRP-PP 复合结构展现出较好的适用性。以主车架采用 CFRP-EP 保证强度，辅助部件选用 GFRP-PP 控制成本的设计方案，有望将整体重量控制在 2kg 以下，同时在抗冲击性与耐老化性能方面具备较为理想的表现。

3 折叠复合材料购物车轻量化技术的关键应用

3.1 结构拓扑优化：去除冗余，强化受力

车架管材优化：相较于传统钢制车架 2-2.5mm 的均匀壁厚设计，优化后的 GFRP-PP 车架尝试采用变壁厚方案。在受力较为集中的立管承载部位，将壁厚设定在 1.8-2.0mm 区间；对于受力相对较小的横管部分，壁厚则调整至 1.2-1.5mm 。初步测试结果显示，该设计在实现约20% 重量降低的同时，在 15kg 承重条件下，车架的弯曲变形量能够控制在 3mm 以内。

篮筐一体化设计：传统购物车篮筐通常采用金属网片与车架焊接的方式，其重量占比往往超过整车的 40% 。优化后的方案选用 GFRP-

PP 材料进行一体注塑成型，通过引入网格镂空结构（网格尺寸约为20×20mm ）来减少材料用量。经实测，篮筐重量由 1.5kg 降至 0.8kg 左右，且承载面积基本保持不变。

折叠机构集成：针对传统“多连杆 + 螺栓”的复杂折叠结构，新方案尝试采用复合材料一体成型铰链。通过模压工艺将铰链与车架管材进行集成化设计，大幅减少连接件数量，从原先的8-10 个减少至2-3 个。连接件重量占比也由 15% 降至 5% 左右，同时优化后的折叠结构在折叠状态下无明显突出部件，整车厚度从 15cm 缩减至 8-10cm 区间。

3.2 成型工艺创新：提升效率，降低成本

GFRP-PP 车架：采用挤出成型结合缠绕工艺或许是较为可行的路径。挤出成型制备 GFRP-PP 管材时，生产效率可达 10m/min ，后续通过缠绕工艺在管材外壁以 45^∘ 角度缠绕玻璃纤维带，能在一定程度上使管材抗扭强度得到提升（相较于纯挤出管材提升约 30% ），这种工艺组合适用于较大规模生产场景，单件车架生产成本有望控制在 30-40元区间。

一体铰链：对于复合材料铰链这类复杂结构件，模压成型工艺具备一定优势。在模具温度 160-180^∘C 、压力 15-20MPa 的条件下，能够实现较高精度的一次成型（精度达 ±0.1mm ），减少后续加工环节，单件生产周期约2-3 分钟，相比传统机械加工方式，效率存在显著提升空间（约5 倍）。

3.3 连接技术轻量化：替代金属，减少冗余

结构胶粘接：车架与篮筐连接过程中，选用环氧树脂结构胶（剪切强度 ⩾15MPa ）替代传统螺栓连接的方式具有一定优势。这种方式不仅能大致降低每处连接 5-8g 的重量，还可在一定程度上规避螺栓孔对复合材料结构可能造成的损伤。

复合材料连接件：折叠轴采用玻璃纤维增强 PA66（聚酰胺 66）材质较为合适。该材料密度约为 1.3g/cm³ ，相比钢制轴（ 7.85g/cm³ ），减重效果明显，预计可达 80% 左右。同时，通过添加 20% 玻纤，其抗拉强度能够达到 120MPa ，基本可满足 15kg 承重下的扭矩要求。

过盈配合连接：车轮与车架的连接可尝试采用“复合材料轴套 + 过盈配合”的方式。轴套采用GFRP-PP 材质，与车架管材保持 0.1-0.2mm 的过盈量。此方案无需额外紧固件，在实际应用中有望使装配效率提升约 40% ，并且能有效减少金属轴承的使用数量。

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结束语

复合材料凭借“GFRP 为主、CFRP 为辅”的选型策略，结合结构拓扑优化与模压 / 注塑成型工艺创新，成为折叠购物车轻量化的核心技术支撑，不仅能实现购物车重量降低 30%-50% 、折叠体积缩减 25% 以上，还能满足多元场景的承重与耐用需求。从应用情况来看，这类轻量化购物车已在多场景收获良好反馈，是传统金属购物车的升级方向。对此，生产企业需平衡“轻量化、成本、性能”的关系，推出差异化产品，并加强与材料厂商、模具企业的合作，推动复合材料成型工艺国产化与低成本化，以促进折叠购物车轻量化技术的大规模普及。

参考文献

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