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玻璃纤维增强复合材料在汽车上的应用

发布时间：2023-01-03

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汽车上使用的非金属材料包括塑料、橡胶、粘接密封胶、摩擦材料、织物、玻璃等各种材料, 涉及石化、轻工、纺织、建材等相关工业部门, 因此非金属材料在汽车上应用的如何, 反映了经济和技术综合实力, 同时也包含了一大批与之相关产业的技术开发及应用能力。

目前汽车上应用的玻璃纤维增强复合材料包括：玻璃纤维增强热塑性材料(QFRTP)、玻璃纤维毡增强热塑性材料(GMT)、片状模塑料(SMC)、树脂传递模塑材料(RTM)以及手糊FRP制品。

目前汽车上使用的玻纤增强塑料主要有玻纤增强PP、玻纤增强PA66或PA6以及少量PBT、PPO材料。

增强PP产品具有高刚性、高韧性，且机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。增强PP应用于办公家具等领域：如儿童靠背椅、办公椅等 ; 也可用于冰箱、空调等制冷机器中的轴流风扇和贯流风扇增强PA材料在乘用车、商用车上都已采用, 一般都是用于制作一些小的功能件, 例如锁体防护罩、保险楔块、嵌装螺母、油门踏板、换挡上下护架-防护罩、开启手柄等, 如果零件生产厂家所选材料质量不稳定、生产工艺采用不当或材料烘干不好, 就会出现制品薄弱部位断裂现象。

随着汽车对轻量化及环保的要求, 国外汽车工业越来越倾向于使用GMT材料以满足结构部件的需要, 这主要是因为GMT材料具有韧性好、成型周期短、生产效率高、加工成本低、不污染环境等一系列优点, 被视为21世纪材料之一, 主要用于生产乘用车多功能支架、仪表板托架、座椅骨架、发动机护板、蓄电池托架等,一汽大众目前生产的AudiA6, 以及A4车已采用GMT材料, 但都没有实现本地化生产。

为了提高汽车整车质量赶上国际先进水平, 达到减重、减震、降噪目的, 国内有关单位开展了GMT材料生产及产品成型工艺的研究, 并具有批量生产GMT材料的能力, 年产3000吨GMT材料的生产线已经在江苏江阴建成, 国内汽车生产厂也在一些车型设计上采用GMT材料, 并已开始批量试制。

片状模塑料(SMC)是重要的玻纤增强热固性塑料, 由于它的各项性能优异、可大规模生产和可达到A级表面等优势,已大量应用于汽车上。目前国外SMC材料在汽车上应用品种又有了新的进展, 现在SMC在汽车上的应用量大的是车身板, 占SMC用量的70%, 增长快的是结构件和传动器零件, 在今后5年内, SMC在汽车上的用量将继续增加22%~71%,而在其他行业的增长为13%~35%。

国外应用状况及发展趋势

高含量的玻璃纤维增强的片状模塑料越来越多地被应用在汽车结构部件上, 在福特1995年两种车型(Ex-plorer和Ranger)上首次展示它在结构件上的应用, 由于它具有多种功能, 被广泛认为在结构设计方面很有优势, 因此推广应用在汽车仪表板、转向机、散热器系统及电子装置系统。

美国Budd公司模塑的上支架和下支架是利用含40%玻璃纤维的不饱和聚酯复合材料, 两片式前端结构型汽车满足用户所需, 前端低驾驶室向前, 上支架固定在前端顶蓬和前端车身结构上, 而下支架配合冷却系统。这两个支架相互联结并配合车蓬及车身结构与前端稳固。

低密度SMC材料的应用低密度SMC的比重为1.3, 在实际应用和测试中显示, 比标准的SMC的重量轻30%, 标准SMC的比重为1.9。使用这种低密度SMC与用钢制作的同类部件相比可减轻重量大约45%。美国通用汽车公司的所有克尔维特99型车的内板和新型车顶内饰都使用低密度SMC。另外还有车门、发动机罩、行李箱盖等。

其他应用SMC在汽车上的应用除上述几种新的用途外, 还用于生产其他一些零件。如:驾驶室门、充气车顶、保险杠骨架、货仓门、遮阳板、车身板、车顶排水管、车棚侧横条、货车车箱等，其中用量大的是用于车身外板上。国内应用概况随着国内乘用车生产技术的引进, 首先在乘车上采用, 主要用于备胎仓和保险杠骨架等, 目前还应用在商用车上, 如挺杆室盖板、膨胀水箱、线速夹、大/小隔板、进气罩总成等。

RTM法是在放入玻璃纤维的封闭模具里压入树脂, 常温或加热固化。RTM法与SMC法相比, 生产设备简单、模具费用低、且制品物性优异, 但只适于中小批量规模生产。据悉, 目前国外用RTM成型方法生产的汽车零件已推广到全车身覆盖件。而国内将RTM成型技术用于制造汽车零件还处于开发研制阶段, 对原材料的力学性能、固化时间、成品件等指标力求达到国外同类制品的生产水平。目前国内RTM成型法开发研究出的汽车零件有护风罩、后尾门、导流罩、顶棚、保险杠及富康车后举升门等。

但是如何使RTM工艺能够更快更好地应用于汽车上, 材料对产品结构的要求、材料性能达到何种水平、评判标准、A级表面的实现等问题, 是我们汽车行业关注的, 也是RTM能真正在汽车零件方面推广的前提条件。