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玻璃钢复合材料在汽车工业中的应用现状及发展方向
发布时间:2016-5-26    点击数:4392

汽车工业是我国国民经济的支柱产业,近几年来已取得迅猛的发展。汽车工业的快速发展导致了汽车保有量的急剧增加,同时也给社会带来了三大问题:能源匮乏、环境污染、安全问题。汽车节能、环保、安全既是国际汽车技术的发展方向,也是我国汽车产业政策的要求。减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。实现汽车轻量化,是节省能源的最有效的途径之一,也是国际先进汽车制造商所追求的重要目标。汽车轻量化一方面决定于材料工业的发展,另一方面取决于提高汽车性能。采用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径,如选用铝、镁、钛等合金、高强度钢、工程塑料和复合材料等,用以制造汽车车身、底盘、发动机等零部件,可以有效的减轻汽车自重,提高发动机效率。据估计,汽车重量每减轻10%,就会节省6%~8%的燃料。 作为构成汽车以塑代钢的重要轻量化材料——玻璃钢/复合材料,与汽车节能、环保、安全有着密不可分的关系。采用玻璃钢/复合材料制造汽车车身壳体及其他相关部件,是使汽车轻量化最有效的途径之一;玻璃钢/复合材料的问世,为汽车造型设计提供了重要的变革条件,利用其设计自由度大和成型方便的特点为汽车产品的造型、功能增添了新奇与美感,实现汽车车身流线型的设计理念;同时,玻璃钢/复合材料还具有安全、低噪音、保温隔热等优良性能。由于汽车的质量减轻,滚动阻力减少,进而收到降低油耗、节约能源、减少环境污染以及保证安全等一系列效能。 玻璃钢/复合材料在汽车领域的应用,始于20世纪50年代的美国和欧洲、日本等发达国家;现已广泛应用复合材料制造轿车、客车、载货车、拖拉机、摩托车以及赛车、冷藏车、工程车等车身及相关部件。
一、玻璃钢/复合材料在汽车工业中的应用现状
1.汽车玻璃钢/复合材料应用概况 自从1953年世界上第一部FRP汽车——GM Corvette制造成功以后,玻璃钢/复合材料即成为汽车工业的一支生力军。传统的手糊成型工艺只适于小排量生产,无法满足汽车工业不断发展的需要。在20世纪70年代开始,由于SMC材料的成功开发和机械化模压技术以及模内涂层技术的应用,促使玻璃钢/复合材料在汽车应用的年增长速度达到25%,形成汽车玻璃钢制品发展的第一个快速发展时期;到20年代90年代初,随着环保和轻量化、节能等呼声越来越高,以GMT(玻璃纤维毡增强热塑性复合材料)、LFT(长纤维增强热塑性复合材料)为代表的热塑性复合材料得到了迅猛发展,主要用于汽车结构部件的制造,年增长速度达到10~15%,掀起第二个快速发展时期。作为新材料前沿的复合材料逐步替代汽车零部件中的金属产品和其它传统材料,并取得更加经济和安全的效果。
2.玻璃钢/复合材料汽车零部件主要分为三类:车身部件、结构件及功能件。 1.车身部件,包括车身壳体、车蓬硬顶、天窗、车门、散热器护栅板、大灯反光板、前后保险杠等以及车内饰件。这是玻璃钢/复合材料在汽车中应用的主要方向,主要适应车身流线型设计和外观高品质要求的需要,目前开发应用潜力依然巨大。主要以玻璃纤维增强热固性塑料为主,典型成型工艺有:SMC/BMC、RTM和手糊/喷射等。 2.结构件:包括前端支架、保险杠骨架、座椅骨架、地板等,其目的在于提高制件的设计自由度、多功能性和完整性。主要使用高强SMC、GMT、LFT等材料。
3.功能件:其主要特点是要求耐高温、耐油腐蚀,以发动机及发动机周边部件为主。如:发动机气门罩盖、进气歧管、油底壳、空滤器盖、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇叶片、风扇导风圈、加热器盖板、水箱部件、出水口外壳、水泵涡轮、发动机隔音板等。主要工艺材料为:SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纤维增强尼龙等。 4.其他相关部件:如CNG气瓶、客车与房车卫生设施部件、摩托车部件、高速公路防眩板和防撞立柱、公路隔离墩、商品检测车顶柜等。
(二)欧美等发达国家汽车玻璃钢/复合材料的应用现状
1.玻璃钢/复合材料在汽车上应用最广泛,玻璃钢/复合材料工业科技水平最先进的,首推美国。 美国是世界上第一大玻璃钢/复合材料生产与消耗国,美国在汽车上大量采用玻璃钢/复合材料,使汽车轻量化取得了显著效果。据美国复合材料制造商协会统计,2005年美国玻璃钢/复合材料总产量为326万吨,其中热固性复合材料186万吨,热塑性复合材料140万吨。据估算,目前美国汽车用复合材料年消耗量超过70万吨;其中32%的热固性复合材料用于汽车及其相关领域,相当一部分部件采用了SMC模压工艺。在美国,有65%的美国轿车采用SMC作前脸和散热器护栅板;95%以上汽车前灯反射镜已采用BMC作为主要材料。复合材料在汽车上的应用几乎涵盖了美国本土的所有汽车制造厂家,如通用汽车、福特汽车、戴姆勒·克莱斯勒(DC)三大汽车公司以及Mack、Aero-star等重型车厂。 最新应用实例如下:
1)GM EV1全FRP车身电动汽车,包括SMC车顶、SMC发动机盖、SMC后背厢盖、SMC车门、RRIM前翼子板、RRIM前后面板、RRIM后角板和后轮衬板、SRIM全空气动力学前面板、玻纤增强PUR仪表板、RTM底盘。
2)Ford Calaxy前端支架(GMT)、Focus/C-MAX前窗下饰板(SMC)、Thunderbird前端板、发动机盖板、前翼子板、后背厢盖、后座盖板(SMC)、Cadillac XLR门板、后背厢盖、翼子板、前端板(SMC)、Lincoln Continental发动机盖、翼子板、后背厢盖(SMC)等。
3)Chrysler Crossfire后导流板、挡风玻璃盖板/a-立柱(SMC);Maybach 后背厢盖(SMC);Alfa Romeo Spider和Smart Roadster等的发动机盖板、后背厢盖(SMC) 等。

来源:宏晓复合材料有限公司


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