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1、玻璃纤维增强复合材料在汽车上的应用 摘要:本文综述了玻璃纤维和玻璃纤维毡增加热塑性材料(GMT)、片状模塑料(SMC)在国内外汽车上的应用状况，简述了RTM方法的运用及发展趋势。文章指出，玻璃纤维增加复合材料在汽车上的应用前景是特别可观的，但要在国产汽车上得到应用，还须要材料、工艺、设计的有机结合。 关键词:玻璃纤维；复合材料；增加 一、概述 随着汽车向轻量、节能、环保、美观方向发展，非金属材料在汽车上得到广泛应用，从而达到减轻汽车质量、削减油耗、提高汽车的舒适性及平安性的目的。汽车上运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
2、业部门，因此非金属材料在汽车上应用得如何，反映了一个国家经济和技术的综合实力，同时也包含了一大批与之相关产业的技术开发及应用实力。 目前汽车上应用的玻璃纤维增加复合材料包括玻璃纤维增加热塑性材料、玻璃纤维毡增加热塑性材料（GMT）、片状模塑料（SMC）、树脂传递模塑材料（RTM）以及手糊FRP制品。 二、玻璃纤维增加热塑性材料 为了改善塑料材料的性能，高分子树脂的填料探讨工作进展非常快速，由于增加材料和填充材料品种繁多，因此将运用玻纤当作增加材料的材料称为玻璃纤维增加塑料。由于玻纤的加入大大地改善了塑料的物理机械性能，通用塑料经过增加后，也能做为工程材料来应用。对于某些工程塑料，通过增加扩展了
3、作为结构材料应用领域的深度和广度。 目前汽车上运用的玻纤增加塑料主要有玻纤增加PP、玻纤增加PA66或PA6以及少量PBT、PPO材料。 增加PP主要用于制作发动机冷却风扇叶片和正时齿带上下罩盖等制品，但有些制品存在外观质量不好、翘曲等缺欠，因此非功能件渐渐被滑石粉添充PP所替代。 增加PA材料在轿车、厢式车及载货车上都已采纳，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、换档上下护架-防护罩和开启手柄等。目前大多采纳上海龙马公司生产的材料，也有的采纳黑龙江尼龙厂的产品。假如零件生产厂家生产工艺不当或材料烘干不好，就会出现制品薄弱部位断裂现象。 塑料进气歧管是近
4、几年发展起来的新产品，与铝合金铸造的进气歧管相比具有质量小、内表面光滑、减震隔热等优点，因此在国外汽车上已得到广泛应用。它所用的材料全部是玻纤增加PA66或PA6，主要采纳熔芯法或振动摩擦焊法生产，目前国内有关单位已经着手开展此项目的探讨。 三、玻璃纤维毡增加热塑性塑料 玻璃纤维毡增加热塑性复合材料（GlassMatRinforcedThermoplastics）简称GMT，是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种。这是一种以热塑性树脂为基体，以玻璃纤维毡为增加骨架的新奇、节能、轻质的复合材料，一般可以生产出片材半成品，然后干脆加工成所需形态的产品，纤维可以是短切玻璃纤维或连续的玻璃纤维毡，热塑
5、性树脂可以是通用塑料，工程塑料或高性能塑料。 随着汽车对轻量及环保要求的提高，国外汽车工业倾向于运用GMT材料以满意结构部件的须要，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，被视为二十一世纪材料之一，主要用于生产多功能支架、仪表板托架、座椅骨架，发动机护板、蓄电池托架等。最近国内已经投产的AudiA6以及A4车已采纳GMT材料，但都没有实现国产化。 为了提高汽车整车质量，达到减重、减震、降噪的目的，国内有关单位已经在八五九五期间开展了GMT材料生产及成型工艺的探讨，并具备初步生产规模。一汽集团在CA1041车设计上领先采纳GMT材料，在有关单
6、位的协作下完成了左右脚踏板连接板(见图1)的试制工作，现已用于生产。 四、SMC的运用状况、发展趋势及对材料界提出的要求 片状模塑料是重要的增加热固性塑料，由于它的性能优异、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在汽车上的应用量最大的是车身板，占SMC用量的73%，增长最快的是结构件和传动器零件，在今后5年内SMC在汽车上的用量将接着增加22%73%，而在其他行业的增长为13%35%。下面介绍国内外应用状况及发展趋势。 1、国外应用状况及发展趋势 (1)高含量玻璃纤维增加的片状模塑料的应用 高含量玻璃纤维增加的片状
7、模塑料越来越多地被应用在汽车结构部件上，11015年在福特公司的两种车型（Explorer和Ranger）上首次展示它在结构部件上的应用。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，因此被推广应用于汽车仪表板、转向机、散热器系统及电子装置上。 (2)低密度SMC材料的应用 低密度SMC的相对密度为1.3，在实际应用和测试中显示，比标准的SMC的质量小30%，标准SMC的相对密度为1.9。运用这种低密度SMC与用钢制作的同类部件相比可减小质量约45%。低密度SMC发动机罩比钢件减小质量达35%。 (3)SMC板簧的应用 复合材料制作板簧有着与四层钢板弹簧一样的回弹速度，但质量比钢板弹簧
8、小45倍。复合板簧能有效地抑制声音振动、延长寿命，但因碳纤维复合材料价格高，所以生产板簧采纳高强度的玻璃纤维，这比碳纤维便宜90%。英国GKN公司从11015年起每年生产50万个由E-玻璃纤维和环氧树脂制成的SMC板簧。载货车上安装的聚合物板簧可大大减小其质量，如装载质量为16t的汽车质量减小22kg，而装载质量为40t的汽车则减小500kg。 (4)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、A和D立柱，车身板、车顶排水管、车棚侧横条和货车车箱等，其中用量最大的是用于车身外板上。 2、国内应用概况 随着轿车技术
9、的引进和国产化，首先在轿车上应用，例如小红旗轿车备胎仓和保险杠骨架等。目前还应用在中、轻型车上，如挺杆室盖板、膨胀水箱、线束夹、大小隔板和进气罩总成等。应用范围还仅限于一些小的零部件，而在一些大型结构件和功能件方面的应用还属空白。 3、对国内SMC材料行业的需求 (1)低密度SMC材料的应用 为了更好实现汽车轻量化的目标，国外已起先采纳低密度SMC来制作汽车零件。据国外资料报道，比较一般SMC与低密度SMC，发觉密度从1.9减小到1.31，拉伸强度从56MPa增至80MPa，弯曲强度从151MPa增至186MPa，弯曲模量从8.8GPa增至10.1GPa，无缺口冲击从925Jm增至940Jm。
10、可以看出低密度SMC材料的机械性能普遍提高，国外已实际用于生产门框、后顶盖装饰及发动机罩等产品。 (2)SMC的重复利用 在人们的观念中，热固性复合材料是不行回收利用的，在环保已经被提上议事日程的今日，必需考虑SMC的运用前景问题。据资料报道，无论是涂漆或粘接过的SMC都可回收利用，运用回收的SMC制作的零件不影响其性能。一些汽车制造厂家运用回收的SMC制成各种部件，使每个零件质量减小10%。采纳全新SMC材料制作的发动机罩质量是9kg，而采纳填加25%回收材料制成的发动机罩是8kg。不久的将来，利用回收的SMC制成的保险杠将用在重型货车上，同时发动机罩、活动式车顶内衬、侧板、格栅板以及车身外
11、板等也可利用回收的SMC来制作。SMC的回收利用对我们国内材料同行来说是较新的一项工作，而这是一种重要的需求。(3)其他方面的需求 a.SMC彩色件的推广应用，可节约SMC零件的喷涂工序（其中包括前、后处理工序）。b.SMC零件A级表面的实现。c.SMC零件低压成型技术的探讨。 五、RTM的运用状况、发展趋势及对材料提出的要求 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，具有生产设备简洁、模具费用低且制品物性优异的优点，但只适于中小批量规模生产。据我们了解，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。国内将RTM成型技术用于制造汽车零件
12、还处于开发研制阶段，在原材料的力学性能、固化时间和成品件性能等指标上正力求达到国外同类制品的水平。目前国内RTM成型法开发探讨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。 但是如何运用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，是汽车行业所关注的，也是RTM能真正在汽车零件方面推广的前提条件。 六、结束语 综上所述，玻璃纤维增加复合材料在汽车上的应用前景很可观，但在国产汽车上还未得到广泛的应用，这须要材料、工艺、设计的有机结合。 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页