汽車復(fù)合材料課件

汽車復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢制作者：090207109090207110一、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㈠

車用熱固性復(fù)合材料玻纖增強樹脂(FRP)㈡

車用熱塑性復(fù)合材料1.玻璃纖維氈增強熱塑性復(fù)合材料（GMT）2.長纖維增強熱塑性復(fù)合材料（LFT）3.天然纖維增強熱塑性復(fù)合材料（NMT）4.碳纖維增強復(fù)合材料

FRP具有強度高、耐腐蝕、加工性好及可制造“A”級表面汽車外覆蓋件等特點，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，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運動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ESPACEMARKⅡ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%），其中包括27個制造廠生產(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/后蓋、車門、車身擾流板、汽車輪胎蓋板、車身支梁甚至整個車身車用熱塑性復(fù)合材料

A.玻璃纖維氈增強熱塑性復(fù)合材料（GMT）

玻璃纖維氈增強熱塑性復(fù)合材料（GlassMatReinforcedThermorplastic）以玻璃纖維（氈）為增強材料，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)高強度的GMT片材，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，可取代部分金屬材料，獲得顯著的減重效果，而且節(jié)省模具費用，（僅為金屬沖壓模具的10～20％），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30～80％，能耗僅為鋼制品的60～80％，鋁制品的35～50％，價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、保險杠、儀表板、發(fā)動機罩、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。C．天然纖維增強熱塑性復(fù)合材料（NMT）傳統(tǒng)的纖維增強復(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、造價高、易造成環(huán)境污染等問題。天然纖維(如麻纖維、竹纖維、甘蔗渣纖維等)具有價廉、可回收、可降解、可再生等優(yōu)點，其復(fù)合材料的研究與開發(fā)應(yīng)用，近年來成為人們對材料研究開發(fā)的熱點之一。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/劍麻氈增強的環(huán)氧樹脂進(jìn)行了替換，使得重量減輕了20%左右，而且，機械性能也得到了改善，尤其是對于安全保護(hù)方面。

天然纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用(NMT)

天然纖維(如麻纖維、竹纖維、甘蔗渣纖維等)具有價廉、可回收、可降解、可再生等優(yōu)點,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.碳纖維增強復(fù)合材料

幾十年前即有預(yù)言，碳纖維增強復(fù)合材料將取代金屬，用于制造汽車底盤，這一預(yù)言正逐步實現(xiàn)。2003DaimlerChrysler公司推出的DodgeViper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，卻能支撐著整個車身前端，而且有34個零件在這里聯(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)合材料的比抗拉強度優(yōu)于鋁合金的比抗拉強度。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葉輪，具有強度高、耐久性好和可靠性高的優(yōu)點，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)合材料具有比強度高、比彈性高，耐熱性好，耐磨損等優(yōu)點，已成為增強效果很好的石棉代用品。碳纖維——陶瓷剎車盤裝置，國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)并有出口。復(fù)合材料汽車零部件外裝飾件：保險杠、擋泥板、車輪罩、導(dǎo)流板、前后翼子板、舉升門等。其應(yīng)用特點是以塑代鋼，減輕汽車自身質(zhì)量；

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)用特點是安全、環(huán)保和舒適；

功能與結(jié)構(gòu)件：油箱、散熱器水室、空濾器罩、風(fēng)扇葉片以及發(fā)動機進(jìn)氣管、氣缸蓋罩等。其應(yīng)用以采用高強度復(fù)合材料為特點；

車燈部件

進(jìn)氣岐管

發(fā)動機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汽車輕量化的明顯作用，將對加工成本、設(shè)計、安全性和燃料消耗帶來明顯好處。玻纖增強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、雙色保險杠等制造技術(shù)；(2)用于吸能塊的可發(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PA(適用于激光焊接的尼龍牌號)；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；（5）