復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用－周一兵(編輯修改稿)
2025-05-30 18:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 20 MCC 斯馬特 所有車身板 XENOY 免涂裝，只使用 聚氨酯清漆 10 車用熱塑性復(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(jiǎn)稱 GMT，是目前國(guó)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(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(zhǎng)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 LFTD），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。 LFTG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 Compel）成功的應(yīng)用在 VW Golf Ⅳ型上。 LFT在汽車中的具體應(yīng)用 LFT材料 LFT供應(yīng)／生產(chǎn)廠家 應(yīng)用車型 部位 Stamax long glass/PP Stamax LLC／Faurecia 2022款寶馬迷你平臺(tái)轎車 frontend carrier Twintex PP SaintGobain 1999款克萊斯勒蝰蛇 敞蓬車 Modular interior door Twintex PP SaintGobain 1999 款 通用 Skid plates Long glass fiber PP Composite Products Inc 1994 款道奇公羊 T300皮卡 Cabback panel Long glass fiber PP Swedish automaker Volvo 沃爾沃 S70 系列 Integrated frontend assembly c．天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（ NMT） ? 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)境污染等問題。與玻璃纖維及碳纖維相比，各種天然纖維 (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)合材料的研究與開發(fā)應(yīng)用，近年來成為人們對(duì)材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一。 ? 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。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)氧樹脂進(jìn)行了替換，使得重量減輕了 20%左右，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。另外，用亞麻 /劍麻氈增強(qiáng)復(fù)合材料能夠成型更為復(fù)雜的立體構(gòu)件，因此，這也更適用于車門外貼板等部件，以替換先前的材料。 ? 福特汽車公司設(shè)在德國(guó)的材料工程部門在研究亞麻 /PP注射成型方面取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，在新型的福特車中這種材料將用于制造冷卻器架和引擎擋板等部件。用這種材料制造的部件重量比用玻璃纖維增強(qiáng)的材料輕 25%左右。 天然纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用 (NMT) 各種天然纖維 (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)合材料的研究與開發(fā)應(yīng)用，近年來成為人們對(duì)材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一。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 纖維種類 聚合物 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. 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)。 2022年 DaimlerChrysler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，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
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