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1、汽车 复合材料 应用现状 及 趋势,制作者：090207109 韩冬菁090207110 胡亚南,一、车用复合材料 发展现状当前汽车工业已经大量使用塑料，应用于汽车的通用塑料盒工程塑料，品种多样，用途广泛，替代了各种昂贵的有色金属和合金钢材。以塑代钢使汽车造型更加美观，设计灵活性得以提高，零部件加工、装配与维修成本减少，汽车能耗降低。汽车塑料化已经成为衡量汽车工业发张水平的重要标志。每辆汽车上塑料的用量和品种是衡量汽车生产技术水平的标志之一。,二、车用复合材料主要类型 车用热固性复合材料 玻纤增强树脂(FRP),车用热塑性复合材料1.玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）2.长纤维增强热塑性复
2、合材料（LFT）3.天然纤维增强热塑性复合材料（NMT）4.碳纤维增强复合材料,车用热固性复合材料,玻纤增强树脂(FRP)如：玻纤增强不饱和聚脂片状模压成型SMC（Sheet Molding Compound）、团状模压成型BMC、冲压成型片材（Stampable Sheet）等与其他高分子材料相比具有强度高、刚度大、耐高温、成本低,破损安全性好，独特的成型工艺（可整体成型），减少了零部件紧固和接头数目等优异性能等优点，一直是汽车覆盖件最理想的非金属材料。,FRP具有强度高、耐腐蚀、加工性好及可制造“A”级表面汽车外覆盖件等特点，被广泛应用于汽车车身部件。早在1955年欧洲就开始在汽车上使用F
3、RP，如今FRP全塑车身引起全球关注。例如，美国克莱斯勒公司开发的VIPER轿车车身由19件FRP零件组成，采用RIM工艺进行制造。美国通用公司开发的APV子弹头多用途旅行车，其FRP件的使用量高达147kg/辆，其中SMC的用量为114kg/量。英国ELAN运动车采用真空辅助树脂注射（VARI）成型工艺制造汽车车身及结构件，FRP用量为150kg/量。此外法国雷诺公司的ESPACE MARK 型面包车及意大利非亚持公司的微型车等车型在大量将FRP用作汽车车身方面取得了成功。到1996年，北美汽车制造业SMC制造汽车零部件的用量上升到108.9kt（与1995年的90.72kt相比增加了20%
4、），其中包括27个制造厂生产的125种车型中的380种汽车零部件。,其他应用部件还包括前/后盖、车门、车身扰流板、汽车轮胎盖板、车身支梁甚至整个车身,车用热塑性复合材料A.玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）,玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（Glass Mat Reinforced Thermorplastic）以玻璃纤维（毡）为增强材料，热塑性树脂为基体，通过加温、加压制成复合材料，简称GMT，是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种，被视为世纪新材料之一。轻质高强度的GMT片材，通过结构优化设计，可取代部分金属材料，获得显著的减重效果，而且节省模具费用，（仅为金属冲压模具的1020），并有利
5、于多种零件组合，形成模块化生产方式。用GMT片材可较原金属件减重3080，能耗仅为钢制品的6080，铝制品的3550，价格低于同体积的金属制品。GMT片材在汽车工业中的应用，已达40多种，主要有座椅骨架、保险杠、仪表板、发动机罩、电池托架、脚踏板、前端、地板、护板、后牵门、车顶棚、行李托架、遮阳板、备用轮胎架等部件。,B长纤维增强热塑性复合材料（LFT）,LFT增强材料是纤维连续纱或者短切玻璃纤维（适合于LFT-D），其组成材料可以是玻璃纤维、芳基纤维、碳纤维、钢纤维和其他能够形成连续纱的纤维。LFT-G的基体聚合物可以是各种热塑性塑料，常用的有PP（56），Nylon（32），其他的还有AB
6、S、PPS、TPU、POM等等。为了改善界面强度，通常还需要界面改性剂，如偶联剂以及相容剂。LFT材料现在广泛应用在汽车工业中。Ticona公司的LFT产品（Celstran和Compel）成功的应用在VW Golf 型上。,C天然纤维增强热塑性复合材料（NMT）,传统的纤维增强复合材料是由玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维或碳纤维等人造合成纤维组成的，它们一般都存在着耗能大、造价高、易造成环境污染等问题。天然纤维(如麻纤维、竹纤维、甘蔗渣纤维等)具有价廉、可回收、可降解、可再生等优点，其复合材料的研究与开发应用，近年来成为人们对材料研究开发的热点之一。戴姆勒-克莱斯勒公司已经成功的将天然纤维复合材料
7、应用在了其生产的奔驰E系列轿车上。先前此类车的车门、车内部件用的是木纤维复合材料，现在用亚麻/剑麻毡增强的环氧树脂进行了替换，使得重量减轻了20%左右，而且，机械性能也得到了改善，尤其是对于安全保护方面。,天然纤维复合材料在汽车中的应用(NMT)天然纤维(如麻纤维、竹纤维、甘蔗渣纤维等)具有价廉、可回收、可降解、可再生等优点,但天然纤维复合材料在汽车工业的应用目前还局限在汽车内饰件上。,D.碳纤维增强复合材料,几十年前即有预言，碳纤维增强复合材料将取代金属，用于制造汽车底盘，这一预言正逐步实现。2003DaimlerChrysler公司推出的Dodge Viper型跑车的挡板支架系统所采用的材
8、料碳纤维复合材料,这项技术也是碳纤维在大型底盘和车身外部部件上的首次应用。碳纤维复合材料的挡板支架薄壁虽只有2mm，却能支撑着整个车身前端，而且有34个零件在这里联结，刚性提高了22。近年来，日本开始研究采用碳纤复合材料,基体树脂采用具有较高玻璃化转变温度的聚醚酮，这样碳纤复合材料的比抗拉强度优于铝合金的比抗拉强度。代替目前正在使用的铝合金来制造汽车涡轮增压器压气机叶轮，具有强度高、耐久性好和可靠性高的优点，并使叶轮质量减轻了48，降低了转子惯量，提高了转子加速性能，缩短了涡轮增压器的响应滞后。目前，世界各国都致力于研究新一代磨阻材料取代石棉摩擦材料，其中碳纤维复合材料具有比强度高、比弹性高，
9、耐热性好，耐磨损等优点，已成为增强效果很好的石棉代用品。碳纤维陶瓷刹车盘装置，国内已有厂家生产并有出口。,三.汽车复合材料零部件 主要品种及成型工艺,复合材料汽车车身a高级全塑跑车。骨架结构件采用碳纤增强塑料，如美国GM公司的“Ultralite”，车身材料成本为1.3万美元，外覆盖件采用玻纤增强塑料。全塑车身均用于高档的运动车。b复合材料概念全塑车CCV（Composite Concept Vehicle）。车身采用玻纤增强热塑性聚酯注射成型，如Chrysler公司的“Ticona”，采用注射成型，用于大批量生产的CCV。c普通高级乘用车。骨架结构件采用金属件，外覆盖件采用塑料件，如“Sat
10、urn”。,复合材料汽车零部件外装饰件：保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板、前后翼子板、举升门等。其应用特点是以塑代钢，减轻汽车自身质量；内装饰件：仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座椅及各类护板等。其应用特点是安全、环保和舒适；功能与结构件：油箱、散热器水室、空滤器罩、风扇叶片以及发动机进气管、气缸盖罩等。其应用以采用高强度复合材料为特点；,车灯部件,进气岐管,发动机周边塑料化普及率最高的部件是进气歧管。它为塑料在工程结构件方面的应用铺平了道路。利用塑料的整体化成型工艺和对汽车轻量化的明显作用，将对加工成本、设计、安全性和燃料消耗带来明显好处。玻纤增强PA66或PA6是制造塑料进气歧管的首选
11、材料。,气门室盖,发动机周边塑料件的另一大项目是摇臂盖（亦称气门室盖）。1990年乙烯基聚酯树脂热固性树脂复合材料制造的塑料气门室盖首次使用于美国汽车上。发动机塑料气门室罩的特点为成型方便，成本低，质量轻，比金属制品成本降低50%，轻量化30%，而且大大降低噪音。塑料材料可选用玻璃纤维增强PA、玻璃纤维增强PET，如美国杜邦公司的Minlon21C（PA+玻璃纤维和矿物填充剂）和Rynite935（PET+玻璃纤维）。,顶 棚,货车上开始应用低密度发泡状GMT成型顶棚内衬，制造设备投资少，容易换型。GMT材料用作车顶棚，是GMT片材近年来的重要发展，GMT一种新品种低密度片材。LD-GMT出现
12、后，应用范围扩大。这种材料用作车顶棚，除具备刚性好，成型方便，尺寸稳定，可回收等优良特性外，还具有优异的声学特性和美学效果。,四.近期国内汽车塑料及零部件 新材料、新技术发展目标,(1)无缝气囊仪表板、双色保险杠等制造技术；(2)用于吸能块的可发性PP原材料技术和聚丙烯CO2气相板材发泡技术；(3)塑料进气岐管、塑料油箱、夹层玻璃粘接层等关键材料国产化：进气岐管用玻纤增强PA(适用于激光焊接的尼龙牌号)；油箱专用粘接剂、阻隔料（EVOH）和超高分子量HDPE；燃油管、刹车管用尼龙11尼龙12；夹层玻璃粘接层用聚乙烯醇缩丁醛PVB树脂；,（4）轻量化隔音降噪功能NVH高分子材料及其应用技术；轻量
13、化是当今汽车材料发展的主要方向。据分析，汽车一般部件重量每减轻1，可节油1；运动部件每减轻1，可节油2。根据最新资料介绍，国外汽车自身质量同过去相比已减轻了20-26。预计在未来的10年内，轿车自身的重量还将继续减轻20。塑料及其复合材料是重要的汽车轻质材料不仅可减轻零部件约40的质量，而且还可使成本降低40左右。据统计，世界上平均每辆汽车对塑料的用量在2000年就已达到105kg，约占汽车总质量的8-12。发达国家车用塑料现已占塑料总消耗量的7-11，预计不久将达到10一1 1。位于加州的特斯拉汽车公司生产的双人座纯电动汽车特斯拉Roadster跑车（Tesla Roadster Sport）在底特律车展上大放异彩。特斯拉Roadster最大的特点就是高功率和轻重量。当然，如此轻的车身重量，还是由于制造过程中，使用了碳纤维/环氧轻质复合材料。车身面板采用三明治结构，面板为碳纤维复合材料，芯材为玻璃纤维和聚合物。,（5）围绕节能、轻量化加快开发诸如塑料车身覆盖件、塑料挡风玻璃、功能件、行人保护系统等塑料新材料及零部件应用技术的研究工作。（6）完善标准体系 完善各类饰件产品的试验方法，如:吸水率、热稳定性能、反复压缩、涂层耐磨性能以及摩擦系数等。制订出在实验室条件下所采用的具体实验方法和要达到的目标值。,
