汽車復(fù)合材料課件

1、汽車 復(fù)合材料 應(yīng)用現(xiàn)狀 及 趨勢(shì)制作者：090207109 韓冬菁090207110 胡亞南一、車用復(fù)合材料 發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前汽車工業(yè)已經(jīng)大量使用塑料，應(yīng)用于汽車的通用塑料盒工程塑料，品種多樣，用途廣泛，替代了各種昂貴的有色金屬和合金鋼材。以塑代鋼使汽車造型更加美觀，設(shè)計(jì)靈活性得以提高，零部件加工、裝配與維修成本減少，汽車能耗降低。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。每輛汽車上塑料的用量和品種是衡量汽車生產(chǎn)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。二、車用復(fù)合材料主要類型 車用熱固性復(fù)合材料 玻纖增強(qiáng)樹脂(FRP) 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（GMT）2.長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料

2、（LFT）3.天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（NMT）4.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 車用熱固性復(fù)合材料 玻纖增強(qiáng)樹脂(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年歐洲就開始在汽車上使用FRP，

3、如今FRP全塑車身引起全球關(guān)注。例如，美國克萊斯勒公司開發(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。美國通用公司開發(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ELAN運(yùn)動(dòng)車采用真空輔助樹脂注射（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%），其

4、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。車用熱塑性復(fù)合材料A.玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（GMT）玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（Glass Mat Reinforced Thermorplastic）以玻璃纖維（氈）為增強(qiáng)材料，熱塑性樹脂為基體，通過加溫、加壓制成復(fù)合材料，簡稱GMT，是目前國際上極為活躍的復(fù)合材料開發(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6

5、080，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)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、遮陽板、備用輪胎架等部件。B長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（LFT）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。 L

6、FT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Compel）成功的應(yīng)用在VW Golf 型上。天然纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用(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。 D. 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

7、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，日本開始研究采用碳纖復(fù)合材料,基體樹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制造汽車渦輪增壓器壓氣機(jī)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

8、，國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)并有出口。 三.汽車復(fù)合材料零部件 主要品種及成型工藝 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GM公司的“Ultralite”，車身材料成本為1.3萬美元，外覆蓋件采用玻纖增強(qiáng)塑料。全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”。車燈部件 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

9、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)汽車輕量化的明顯作用，將對(duì)加工成本、設(shè)計(jì)、安全性和燃料消耗帶來明顯好處。 玻纖增強(qiáng)PA66或PA6是制造塑料進(jìn)氣歧管的首選材料。頂 棚貨車上開始應(yīng)用低密度發(fā)泡狀GMT成型頂棚內(nèi)襯，制造設(shè)備投資少，容易換型。GMT材料用作車頂棚，是GMT片材近年來的重要發(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. 近期國內(nèi)汽車塑料及零部件 新材料、新技術(shù)發(fā)展目標(biāo)(1)無縫氣囊儀表板、雙色保險(xiǎn)杠等制造技術(shù)；(2)用

10、于吸能塊的可發(fā)性PP原材料技術(shù)和聚丙烯CO2氣相板材發(fā)泡技術(shù)；(3)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樹脂；（4）輕量化隔音降噪功能NVH高分子材料及其應(yīng)用技術(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，國外汽車自身質(zhì)量同過去相比已減輕了20-26。預(yù)計(jì)在未來的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，還是由于制造過程中，使用了碳纖維/環(huán)氧輕質(zhì)復(fù)合材料。車身面板采用三明治結(jié)構(gòu)