復合材料在汽車上的應用培訓講學

1、復合材料在汽車上的應用2報告內容6一、復合材料在汽車上的應用現狀 在塑料及其復合材料在汽車上的應用歷程上，中航復合材料有限責任公司李宏遠副總經理的“復合材料在汽車領域的應用”報告認為：（1）成熟的第一步：通用改性塑料，比如PP、PVC、ABS及PA等耐熱熱增強改性，主要應用在汽車內外裝飾件上。（2）進行的第二步：長/短玻璃纖維增強復合材料，主要應用于汽車部分結構件和功能件上，是目前廣泛應用于汽車上的重要復合材料。u 纖維熱塑性塑料：SMC/BMC;u 纖維熱塑性塑料：GMT、LFT。（3）關鍵的第三步：汽車用復合材料關鍵性的第三步，碳纖維增強復合材料（CFRP），主要應用于車身承載結構件。（4

2、）追求的第四步：追求綠色的第四步，天然植物纖維增強復合材料，主要應用于汽車內外裝飾件，有機回收，環(huán)保。1.2 復合材料在汽車上的應用歷程7一、復合材料在汽車上的應用現狀1.3 汽車用復合材料成型工藝HLUSMCRTMLFTBMCGMTR/S-RIMFW8二、熱塑性復合材料在汽車上的應用白車車身材料2008年450Kg2012年400Kg2016年350Kg2020年290Kg1.4 復合材料在車上應用趨勢9二、熱塑性復合材料在汽車上的應用10二、熱塑性復合材料在汽車上的應用復合材料在上汽乘用車上的應用，胡仁其 高級經理，上汽乘用車中心實驗室2.1 整車輕量化的意義燃油車輛燃油車輛車身質量10%

3、100Kg燃油效率6%8%油耗0.3L0.6L/百公里電動車輛電動車輛車身質量10%100Kg行程8%11二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.2 整車輕量化的途徑汽車輕量化輕質材料l 高強鋼l 輕合金l 復合材料l 結構優(yōu)化設計l 等強度設計l 形狀拓撲優(yōu)化l 集成化設計l 先進制造工藝l 激光拼焊板l 連續(xù)變截面板l 空心連續(xù)變截鋼管l 自沖鉚接l 復合材料的使用時整車輕量化的主要途徑之一。12二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.3 典型乘用車所用材料 高分子復合材料具有比強度、比模量大,耐疲勞性能好,阻尼減震性好，破損安全性高和耐腐蝕性能優(yōu)越等特點，因此高分子復合材料的使用能夠在使得汽車在

4、節(jié)能減重的同時更具安全和舒適性。13二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.3 典型乘用車所用材料基體材料環(huán)氧樹脂聚氨酯聚丙烯尼龍纖維碳纖維玻璃纖維天然纖維高分子復合材料14二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.3 典型乘用車所用材料材料體系拉伸強度（MPa）拉伸模量（GPa）密度（g/cm）比強度MPa/（g/cm）比剛度GPa/（g/cm）鋁合金420722.815126鋼（結構用）12002067.815326SMC80-25010-161.7-1.9535.3BMC30-6010-121.8-2.1-LFT96-3409-201.414610玻璃纖維/聚酯單向1245482.062324織物

5、5502227511S-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂單向1795562.089828織物8202641013T300碳纖維/環(huán)氧樹脂單向17601301.6110081結構鋪層8106050638T700碳纖維/環(huán)氧樹脂單向21001301.6131081結構鋪層1010606313815二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.4 復合材料在乘用車上的應用16二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.4 復合材料在乘用車上的應用17二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.5 熱塑性復合材料在乘用車上的應用目前，汽車上使用的玻纖增強塑料主要有玻纖增強PP、玻纖增強PA66或PA6以及少量PBT、PPO材料 。長線粒料（

6、LFT）在乘用車上的應用18二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.5 熱塑性復合材料在乘用車上的應用 玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)，是目前國際上極為活躍的復合材料開發(fā)品種，主要用于生產多功能支架、儀表板托架、座椅骨架，發(fā)動機護板、蓄電池托架等。 據統(tǒng)計，汽車行業(yè)的LFT消耗量約占世界LFT行業(yè)總消耗量的80%。而在汽車行業(yè)中，歐美LFT消耗量大約占95%，其中歐洲占80%，美國占15%。業(yè)內類似的研究使得長纖維增強熱塑性材料（LFRT）在重型卡車和大規(guī)模公共交通運輸領域被廣泛關注，休閑車（RV）OEM制造商更是表示，探索熱塑性復合材料能夠幫助他們“車輛上的房子”性能更為優(yōu)越。 發(fā)動機護

7、板蓄電池托架玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料(GMT)在乘用車上的應用19二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.5 熱塑性復合材料在乘用車上的應用連續(xù)玻璃纖維和玻璃纖維通過合理的設計制造座椅骨架 德國化工巨頭巴斯夫公司和法國汽車配件集團佛吉亞公司聯(lián)手設計了一種復合材料汽車座椅骨架。這種骨架用連續(xù)玻璃纖維和尼龍注塑成型，比傳統(tǒng)的汽車座椅減少了泡沫塑料和金屬用量，比傳統(tǒng)金屬骨架輕20%、薄30%。最重要的是，它減少了座椅中75%的泡沫用量。佛吉亞公司預計這種座椅在2014年就能進入主流汽車市場。目前這種座椅有兩種設計形式，都采用暴露的骨架來減少材料用量。 上汽乘用車中心實驗室胡仁其高級經理在報告中單獨提

8、出來了這個應用20二、熱塑性復合材料在汽車上的應用2.5 熱塑性復合材料在乘用車上的應用天然纖維增強熱塑性樹脂復合材料在汽車內裝飾件上的應用汽車零部件纖維種類聚合物纖維含量車門板/襯墊洋麻/大麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50雜物箱/后擱物架洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50座位靠板/貨車車廂地板木纖維酚醛樹脂85亞麻聚丙烯50備胎蓋/車身后壁板亞麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50其他內裝飾件洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯501. 該解決方案是為提高結構和降噪性能而開發(fā)的2. 采用單一的復合材料（可以回收利用）3. 減輕重量， 降低成本工藝：LFT粒子注射成型 D-LFT模壓成型OEMs: Mercedes E-cl

9、ass 注射成型BMW 7-series 注射成型VW Polo 模壓VW Golf 模壓應用舉例引擎降噪板/底部護板二、熱塑性復合材料在汽車上的應用21OEM BMW車型 7 series產量 55.000 cars重量 (6 parts) 6,7 kg供應商 Faist部件加工商Polynorm工藝路線 擠出模壓成型使用材料 StaMax P 30YK430優(yōu)勢綜合成本比GMT更低，對汽車底部的保護較好應用舉例引擎降噪板/底部護板22二、熱塑性復合材料在汽車上的應用OEM DCXVehicle E-class產量 250.000 cars部件重量 5 kg供應商 Polynorm加工商 P

10、olynorm工藝路線 LFTP擠出模壓使用材料 StaMax P 20YK430 MB23二、熱塑性復合材料在汽車上的應用應用舉例引擎降噪板/底部護板 給客戶帶來的好處： 和鋼材相比，降低了重量，節(jié)省了成本 便于組裝 功能綜合性提高 干濕分離 聲阻尼效果改善 產量 :500.000 cars/a 部件重量 : 1kg 改造方 : Faurecia 工藝路線 : 注射成型 使用材料 :Stamax P30YM24024二、熱塑性復合材料在汽車上的應用應用舉例Ford-Fiesta 門板模塊尺寸 (L/W/H/WB) mm - 3626 / 1688 / 1396 / 2467整車質量 - 11

11、25 kg產量 - 120,000 cars材料 - StaMax P 30YM240前端框架重量 - 3 kg制造商 - Faurecia 工藝 - 1500 T 注射成型優(yōu)勢：和鋼材相比節(jié)省了成本，減輕了重量部件25二、熱塑性復合材料在汽車上的應用應用舉例BMW Mini Cooper前端框架26三、熱固性復合材料在汽車上的應用27三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.1 熱固性復合材料在汽車上的應用 從目前熱塑性復合材料和熱固性復合材料在汽車上的應用來看，熱塑性復合材料主要是應用于非承受力或次承受力的結構件，而熱固性復合材料主要應用于主承受力結構上，比如層合板、加筋板和夾層結構等。重型卡車

12、重型卡車中型卡車中型卡車輕型卡車輕型卡車客車客車SUV其他其他熱固性復合材料在車輛領域中的使用比例28三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.2 汽車用熱固性復合材料的種類 美國早于上世紀50年代中期開始了這一進程，如1953年美國的通用汽車公司研制了一個全玻璃鋼復合材料的跑車Corvette，此后玻璃鋼被 廣泛應用在汽車的頂蓋、前端框架、后舉門、前后保險杠、前后翼子板、擋泥板、座椅骨架、底部護板、車門、進氣岐管、散熱器罩等結構和功能部件上。（1）玻璃鋼（2）碳纖維復合材料 玻璃鋼的模量低，剛度不足，不能用于主承力結構，故在定義上不屬于先進復合材料，目前能用于主承力結構的復合材料就是碳纖維復合材料

13、。 碳纖維復合材料由于其自身獨具的強度，剛度特性可以挑戰(zhàn)鋼用于汽車的主承力結構，如受力骨架，車頂、底盤、側板、車門、帽罩、保險杠、翼子板、輪轂、傳動軸以至板簧等部位，車種則包括賽車、高檔跑車、轎車、客車、貨車及各種特種車上。重點介紹碳纖維復合材料在汽車上的應用29三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.3 碳纖維復合材料在汽車上的應用CFRP可應用于汽車的六大主要系統(tǒng)： 發(fā)動機系統(tǒng)：挺桿、連桿、搖臂、油箱底殼、水泵葉輪和罩等； 傳動系統(tǒng)：傳動軸、萬向節(jié)、減速器、殼罩等； 制動系統(tǒng)：剎車片； 底盤系統(tǒng)：縱梁、橫梁、支架、車輪、板簧等； 車體系統(tǒng)：引擎蓋、翼子板、散熱器罩、保險杠、車燈架、車廂、行李架

14、、地板、門窗框架、尾翼、擾流板等； 附件：排氣筒、儀表板總成、方向盤、內飾等。30三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.3 碳纖維復合材料在汽車上的應用BMW i 系CFRP駕駛艙 在電動車量產車型上的首個突破（2011法蘭克福車展首次發(fā)布） 突破性構造理念：Life Drive框架 BMW i3 (MCV) BMW i831三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.3 碳纖維復合材料在汽車上的應用BMW MCV的CFRP引擎罩CFRP夾層結構32三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.3 碳纖維復合材料在汽車上的應用豪華跑車底盤Mosler MT900車身與底盤 CFRP底盤 模壓+熱壓罐成型的AFRP

15、車體33三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.3 碳纖維復合材料在汽車上的應用高端跑車底盤Audi R8 GT :從全金屬車身到混合結構車身：CFRP底盤+鋁副車架(2014)，減重目標：100kgLamborghini Aventador LP700-434三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.3 碳纖維復合材料在汽車上的應用高端跑車底盤Toyota: Lexus LFA:底盤結構的65%為CFRP綜合多種復合材料制造工藝 手工鋪放預浸料：主框架 RTM:氣道、地板、頂蓋和引擎罩 SMC:CFRP 擾流板、內飾 膠接技術35三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.3 碳纖維復合材料在汽車上的應用車型

16、品牌產量/年復材部件及使用工藝Lamborghini Murcielago550車身/底盤/內飾(autoclave)Ferrari Enzo150車身/底盤/內飾(autoclave)Porsche Carrera GT180車身/底盤/內飾(autoclave)Mercedes Mclaren SLR500車身/底盤(autoclave) 車門(Infusion)Aston Martin Vaniquish400引擎罩/翼子板/前后杠(Infusion/RTM)BMW M3 CSL1000引擎罩/翼子板/車頂(Infusion/RTM)MG X-Power SV250車身板/尾翼(Infu

17、sion/RTM)Morgan Aero 8300車身板/尾翼(Infusion/RTM)Koenigsegg CC50車身/底盤/座艙(autoclave/RTM)TVR Tuscan R50車身/底盤/座艙(autoclave/RTM)36三、熱固性復合材料在汽車上的應用3.4 熱固性復合材料在貨車上的應用37四、我們復材如何在汽車上應用38四、我們復材如何在汽車上應用 目前，發(fā)達國家車用塑料已占塑料總消耗量的7%8%，預計不久將達到10%11%。對于中國來說，塑料在汽車行業(yè)的應用尚處于初級階段。塑料等非金屬材料在國產車上的應用狀況還比不上進口車。在歐洲，車用塑料的重量占汽車自重的20%，

18、平均每輛德國車使用塑料近300千克，占汽車總重量的22%。與國外相比，國產車的非金屬材料用量仍然偏少，國產車的單車塑料平均使用量為78千克，塑料用量僅占汽車自重的5%10%。 在過去的幾年中，亞太地區(qū)的復合材料市場取得了長足的發(fā)展，亞洲目前的復合材料市場的規(guī)模已經超過180億歐元。亞洲市場的復合材料產量將翻番，預計到2015年可達到1000萬噸。強勁的經濟增長將繼續(xù)推動亞洲復合材料行業(yè)的發(fā)展中國、印度等主要市場將呈現快速增長的勢頭。四、我們復材如何在汽車上應用（一）復合材料在汽車領域的發(fā)展趨勢394.1 選材 從GFRP到CFRP 減重效果：GFRP: 25-35 wt%；CFRP: 5070

19、 wt% 從短切纖維到連續(xù)纖維 環(huán)境友好綠色復合材料 新型碳纖維的研發(fā)：Oak Radge: 木質素基碳纖維 植物纖維：內飾 熱塑性基體：PPPAPET四、我們復材如何在汽車上應用404 2 設計4.2.1 采用新的結構形式 復合材料夾層結構： BMW i3引擎罩（一）復合材料在汽車領域的發(fā)展趨勢四、我們復材如何在汽車上應用（一）復合材料在汽車領域的發(fā)展趨勢4 2 設計4.2.1 采用新的結構形式 SMC加筋加肋：地板設計采用格柵結構41四、我們復材如何在汽車上應用4.2.2 結構一體化理念 傳統(tǒng)：等代設計 現代：結構一體化趨勢 現有結構按承載功能分解，重新設計典型實例 BMW MCV的Life Drive模塊化框架 CFRP駕駛艙+鋁底盤，安全、輕質（一）復合材料在汽車領域的發(fā)展趨勢42四、我們復材如何在汽車上應用4.2.3 新工藝提供新可能 PP-GF+CF的主結構件 單向連續(xù)纖維+LFT（一）復合材料在汽車領域的發(fā)展趨勢43四、我們復材如何在汽車上應用4.3 制造 大批量自動化生產技術快速RTM技術樹脂的快速固化