汽車復(fù)合材料

1、汽車汽車 復(fù)合材料復(fù)合材料 應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀 及及 趨勢(shì)趨勢(shì)制作者制作者：090207109 韓冬菁090207110 胡亞南一、車用復(fù)合材料一、車用復(fù)合材料 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)前汽車工業(yè)已經(jīng)大量使用當(dāng)前汽車工業(yè)已經(jīng)大量使用塑料，應(yīng)用于汽車的通用塑塑料，應(yīng)用于汽車的通用塑料盒工程塑料，品種多樣，料盒工程塑料，品種多樣，用途廣泛，替代了各種昂貴用途廣泛，替代了各種昂貴的有色金屬和合金鋼材。的有色金屬和合金鋼材。 以塑代鋼使汽車造型更加美以塑代鋼使汽車造型更加美觀，設(shè)計(jì)靈活性得以提高，觀，設(shè)計(jì)靈活性得以提高，零部件加工、裝配與維修成零部件加工、裝配與維修成本減少，汽車能耗降低。本減少，汽車能耗降

2、低。 汽車塑料化已經(jīng)成為衡量汽汽車塑料化已經(jīng)成為衡量汽車工業(yè)發(fā)張水平的重要標(biāo)志。車工業(yè)發(fā)張水平的重要標(biāo)志。每輛汽車上塑料的用量和品每輛汽車上塑料的用量和品種是衡量汽車生產(chǎn)技術(shù)水平種是衡量汽車生產(chǎn)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。的標(biāo)志之一。二、車用復(fù)合材料主要類型二、車用復(fù)合材料主要類型 車用熱固性復(fù)合材料車用熱固性復(fù)合材料 玻纖增強(qiáng)樹(shù)脂玻纖增強(qiáng)樹(shù)脂(FRP) 車用熱塑性復(fù)合材料車用熱塑性復(fù)合材料1.玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（GMT）2.長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（LFT）3.天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（NMT）4.碳纖維

3、增強(qiáng)復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 車用熱固性復(fù)合材料車用熱固性復(fù)合材料 玻纖增強(qiáng)樹(shù)脂玻纖增強(qiáng)樹(shù)脂(FRP)(FRP)如： 玻纖增強(qiáng)不飽和聚脂片狀模壓成型SMC（Sheet Molding Compound）、團(tuán)狀模壓成型BMC、沖壓成型片材（Stampable Sheet）等與其他高分子材料相比具有強(qiáng)度高、剛度大、耐高溫、成本低,破損安全性好，獨(dú)特的成型工藝（可整體成型），減少了零部件緊固和接頭數(shù)目等優(yōu)異性能等優(yōu)點(diǎn)，一直是汽車覆蓋件最理想的非金屬材料。 FRP具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、加工性好及可制造“A”級(jí)表面汽車外覆蓋件等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車車身部件。 早在1955年歐洲就開(kāi)始在汽車上使用FRP

4、，如今FRP全塑車身引起全球關(guān)注。例如，美國(guó)克萊斯勒公司開(kāi)發(fā)的VIPER轎車車身由19件FRP零件組成，采用RIM工藝進(jìn)行制造。美國(guó)通用公司開(kāi)發(fā)的APV子彈頭多用途旅行車，其FRP件的使用量高達(dá)147kg/輛，其中SMC的用量為114kg/量。英國(guó)ELAN運(yùn)動(dòng)車采用真空輔助樹(shù)脂注射（VARI）成型工藝制造汽車車身及結(jié)構(gòu)件，F(xiàn)RP用量為150kg/量。此外法國(guó)雷諾公司的ESPACE MARK 型面包車及意大利非亞持公司的微型車等車型在大量將FRP用作汽車車身方面取得了成功。 到1996年，北美汽車制造業(yè)SMC制造汽車零部件的用量上升到108.9kt（與1995年的90.72kt相比增加了20%）

5、，其中包括27個(gè)制造廠生產(chǎn)的125種車型中的380種汽車零部件。其他應(yīng)用部件還包括前其他應(yīng)用部件還包括前/ /后蓋、車門、車身擾流后蓋、車門、車身擾流板、汽車輪胎蓋板、車身支梁甚至整個(gè)車身板、汽車輪胎蓋板、車身支梁甚至整個(gè)車身車型部位材料板材厚度/mm涂裝工藝轎車年產(chǎn)量/萬(wàn)輛雷諾 Clio前蓋NORYL GTX2.5靜電噴涂前在線涂裝40梅賽德斯前蓋NORYL GTX2.5靜電噴涂前在線涂裝20MCC 斯馬特所有車身板XENOY3.0免涂裝，只使用聚氨酯清漆10車用熱塑性復(fù)合材料車用熱塑性復(fù)合材料A.A.玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（GMTGMT） 玻璃纖維氈增強(qiáng)

6、熱塑性復(fù)合材料（Glass Mat Reinforced Thermorplastic）以玻璃纖維（氈）為增強(qiáng)材料，熱塑性樹(shù)脂為基體，通過(guò)加溫、加壓制成復(fù)合材料，簡(jiǎn)稱GMT，是目前國(guó)際上極為活躍的復(fù)合材料開(kāi)發(fā)品種，被視為世紀(jì)新材料之一。 輕質(zhì)高強(qiáng)度的GMT片材，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可取代部分金屬材料，獲得顯著的減重效果，而且節(jié)省模具費(fèi)用，（僅為金屬?zèng)_壓模具的1020），并有利于多種零件組合，形成模塊化生產(chǎn)方式。用GMT片材可較原金屬件減重3080，能耗僅為鋼制品的6080，鋁制品的3550，價(jià)格低于同體積的金屬制品。 GMT片材在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，已達(dá)40多種，主要有座椅骨架、保險(xiǎn)杠、儀表板、發(fā)

7、動(dòng)機(jī)罩、電池托架、腳踏板、前端、地板、護(hù)板、后牽門、車頂棚、行李托架、遮陽(yáng)板、備用輪胎架等部件。B B長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（LFTLFT） LFT增強(qiáng)材料是纖維連續(xù)紗或者短切玻璃纖維（適合于LFT-D），其組成材料可以是玻璃纖維、芳基纖維、碳纖維、鋼纖維和其他能夠形成連續(xù)紗的纖維。LFT-G的基體聚合物可以是各種熱塑性塑料，常用的有PP（56），Nylon（32），其他的還有ABS、PPS、TPU、POM等等。為了改善界面強(qiáng)度，通常還需要界面改性劑，如偶聯(lián)劑以及相容劑。 LFT材料現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在汽車工業(yè)中。Ticona公司的LFT產(chǎn)品（Celstran和Compe

8、l）成功的應(yīng)用在VW Golf 型上。C C天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（NMTNMT） 傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是由玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維或碳纖維等人造合成纖維組成的，它們一般都存在著耗能大、造價(jià)高、易造成環(huán)境污染等問(wèn)題。天然纖維(如麻纖維、竹纖維、甘蔗渣纖維等)具有價(jià)廉、可回收、可降解、可再生等優(yōu)點(diǎn)，其復(fù)合材料的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用，近年來(lái)成為人們對(duì)材料研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一。 戴姆勒-克萊斯勒公司已經(jīng)成功的將天然纖維復(fù)合材料應(yīng)用在了其生產(chǎn)的奔馳E系列轎車上。先前此類車的車門、車內(nèi)部件用的是木纖維復(fù)合材料，現(xiàn)在用亞麻/劍麻氈增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行了替換，使得重量減輕了20%左

9、右，而且，機(jī)械性能也得到了改善，尤其是對(duì)于安全保護(hù)方面。天然纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用天然纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用(NMT)(NMT)天然纖維(如麻纖維、竹纖維、甘蔗渣纖維等)具有價(jià)廉、可回收、可降解、可再生等優(yōu)點(diǎn),但天然纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)的應(yīng)用目前還局限在汽車內(nèi)飾件上。汽車零部件汽車零部件纖維種類纖維種類聚合物聚合物纖維含量纖維含量 %車門板/襯墊洋麻/大麻，50/50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木纖維酚醛樹(shù)脂85座位靠板/貨車車廂地板亞麻聚丙烯50備胎蓋/車身后壁板亞麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50其它內(nèi)裝飾板洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50 D.

10、D. 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 幾十年前即有預(yù)言，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料將取代金屬，用于制造汽車底盤，這一預(yù)言正逐步實(shí)現(xiàn)。2003DaimlerChrysler公司推出的Dodge Viper型跑車的擋板支架系統(tǒng)所采用的材料碳纖維復(fù)合材料,這項(xiàng)技術(shù)也是碳纖維在大型底盤和車身外部部件上的首次應(yīng)用。碳纖維復(fù)合材料的擋板支架薄壁雖只有2mm，卻能支撐著整個(gè)車身前端，而且有34個(gè)零件在這里聯(lián)結(jié)，剛性提高了22。 近年來(lái)，日本開(kāi)始研究采用碳纖復(fù)合材料,基體樹(shù)脂采用具有較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚醚酮，這樣碳纖復(fù)合材料的比抗拉強(qiáng)度優(yōu)于鋁合金的比抗拉強(qiáng)度。代替目前正在使用的鋁合金來(lái)制造汽車渦輪增壓器壓氣機(jī)

11、葉輪，具有強(qiáng)度高、耐久性好和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，并使葉輪質(zhì)量減輕了48，降低了轉(zhuǎn)子慣量，提高了轉(zhuǎn)子加速性能，縮短了渦輪增壓器的響應(yīng)滯后。 目前，世界各國(guó)都致力于研究新一代磨阻材料取代石棉摩擦材料，其中碳纖維復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比彈性高，耐熱性好，耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，已成為增強(qiáng)效果很好的石棉代用品。碳纖維陶瓷剎車盤裝置，國(guó)內(nèi)已有廠家生產(chǎn)并有出口。 三三. .汽車復(fù)合材料零部件汽車復(fù)合材料零部件 主要品種及成型工藝主要品種及成型工藝 復(fù)合材料汽車車身復(fù)合材料汽車車身 a高級(jí)全塑跑車。骨架結(jié)構(gòu)件采用碳纖增強(qiáng)塑料，如美國(guó)GM公司的“Ultralite”，車身材料成本為1.3萬(wàn)美元，外覆蓋件采用玻纖增強(qiáng)塑料。全

12、塑車身均用于高檔的運(yùn)動(dòng)車。 b復(fù)合材料概念全塑車CCV（Composite Concept Vehicle）。車身采用玻纖增強(qiáng)熱塑性聚酯注射成型，如Chrysler公司的“Ticona”，采用注射成型，用于大批量生產(chǎn)的CCV。 c普通高級(jí)乘用車。骨架結(jié)構(gòu)件采用金屬件，外覆蓋件采用塑料件，如“Saturn”。復(fù)合材料汽車零部件復(fù)合材料汽車零部件外裝飾件外裝飾件：保險(xiǎn)杠、擋泥板、車輪罩、導(dǎo)流板、前后翼子板、舉升門等。其應(yīng)用特點(diǎn)是以塑代鋼，減輕汽車自身質(zhì)量； 內(nèi)裝飾件內(nèi)裝飾件：儀表板、車門內(nèi)板、副儀表板、雜物箱蓋、座椅及各類護(hù)板等。其應(yīng)用特點(diǎn)是安全、環(huán)保和舒適； 功能與結(jié)構(gòu)件功能與結(jié)構(gòu)件：油箱、散熱

13、器水室、空濾器罩、風(fēng)扇葉片以及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管、氣缸蓋罩等。其應(yīng)用以采用高強(qiáng)度復(fù)合材料為特點(diǎn)；車燈部件車燈部件車型 前大燈材料后燈材料 標(biāo)致 607 PP, PC, UPABS, PMMA 福特 蒙迪歐PP TV40, PC, UPABS, PMMA AUDI A4PP T40, PC, UPPC+ABS, PMMA 福特嘉年華PP TD20, PC, UP GF15ABS, PMMA 大眾途安PP TV40, PC, UP (GF+MD)ABS, PMMA 進(jìn)氣岐管 發(fā)動(dòng)機(jī)周邊塑料化普及率最高的部件是進(jìn)氣歧管。它為塑料在工程結(jié)構(gòu)件方面的應(yīng)用鋪平了道路。利用塑料的整體化成型工藝和對(duì)汽車輕量化的明顯

14、作用，將對(duì)加工成本、設(shè)計(jì)、安全性和燃料消耗帶來(lái)明顯好處。 玻纖增強(qiáng)PA66或PA6是制造塑料進(jìn)氣歧管的首選材料。氣門室蓋氣門室蓋發(fā)動(dòng)機(jī)周邊塑料件的另一大項(xiàng)目是搖臂蓋（亦稱氣門室蓋）。1990年乙烯基聚酯樹(shù)脂熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料制造的塑料氣門室蓋首次使用于美國(guó)汽車上。發(fā)動(dòng)機(jī)塑料氣門室罩的特點(diǎn)為成型方便，成本低，質(zhì)量輕，比金屬制品成本降低50%，輕量化30%，而且大大降低噪音。塑料材料可選用玻璃纖維增強(qiáng)PA、玻璃纖維增強(qiáng)PET，如美國(guó)杜邦公司的Minlon21C（PA+玻璃纖維和礦物填充劑）和Rynite935（PET+玻璃纖維）。頂頂 棚棚 貨車上開(kāi)始應(yīng)用低密度發(fā)泡狀GMT成型頂棚內(nèi)襯，制造設(shè)備投

15、資少，容易換型。GMT材料用作車頂棚，是GMT片材近年來(lái)的重要發(fā)展，GMT一種新品種低密度片材。LD-GMT出現(xiàn)后，應(yīng)用范圍擴(kuò)大。這種材料用作車頂棚，除具備剛性好，成型方便，尺寸穩(wěn)定，可回收等優(yōu)良特性外，還具有優(yōu)異的聲學(xué)特性和美學(xué)效果。四四. . 近期國(guó)內(nèi)汽車塑料及零部件近期國(guó)內(nèi)汽車塑料及零部件 新材料、新技術(shù)發(fā)展目標(biāo)新材料、新技術(shù)發(fā)展目標(biāo)(1)(1)無(wú)縫氣囊儀表板、雙色保險(xiǎn)杠等制造技術(shù)；無(wú)縫氣囊儀表板、雙色保險(xiǎn)杠等制造技術(shù)；(2)(2)用于吸能塊的可發(fā)性用于吸能塊的可發(fā)性PPPP原材料技術(shù)和聚丙烯原材料技術(shù)和聚丙烯COCO2 2氣氣相板材發(fā)泡技術(shù)；相板材發(fā)泡技術(shù)；(3)(3)塑料進(jìn)氣岐管、塑

16、料油箱、夾層玻璃粘接層等關(guān)鍵塑料進(jìn)氣岐管、塑料油箱、夾層玻璃粘接層等關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化：材料國(guó)產(chǎn)化：進(jìn)氣岐管用玻纖增強(qiáng)PA(適用于激光焊接的尼龍牌號(hào))；油箱專用粘接劑、阻隔料（EVOH）和超高分子量HDPE；燃油管、剎車管用尼龍11尼龍12； 夾層玻璃粘接層用聚乙烯醇縮丁醛PVB樹(shù)脂；（4 4）輕量化隔音降噪功能）輕量化隔音降噪功能NVHNVH高分子材料及其應(yīng)用高分子材料及其應(yīng)用技術(shù)；技術(shù)；輕量化是當(dāng)今汽車材料發(fā)展的主要方向。據(jù)分析，汽車一般部件重量每減輕1，可節(jié)油1；運(yùn)動(dòng)部件每減輕1，可節(jié)油2。根據(jù)最新資料介紹，國(guó)外汽車自身質(zhì)量同過(guò)去相比已減輕了20-26。預(yù)計(jì)在未來(lái)的10年內(nèi)，轎車自身的重量還將繼續(xù)減輕20。塑料及其復(fù)合材料是重要的汽車輕質(zhì)材料不僅可減輕零部件約40的質(zhì)量，而且還可使成本降低40左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上平均每輛汽車對(duì)塑料的用量在2000年就已達(dá)到105kg，約占汽車總質(zhì)量的8-12。發(fā)達(dá)國(guó)家車用塑料現(xiàn)已占塑料總消耗量的7-11，預(yù)計(jì)不久將達(dá)到10一1 1。位于加州的特斯拉汽車公司生產(chǎn)的雙人座純電動(dòng)汽車特斯拉Roadster跑車（Tesla Roadster Sport）在底特律車展上大放異彩。特斯拉Roadster最大的特點(diǎn)就是高功率和輕重量。當(dāng)然，如此輕的車身重量，還是由于制造過(guò)程中，