復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用.docx

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1、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用摘要:概述了纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。國內(nèi)外現(xiàn)狀表明，復(fù)合材料在汽車上將有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)，也有很多問題有待解決。1樹脂基復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，節(jié)能、環(huán)保、安全日益成為當(dāng)今世界汽車界的研究熱點(diǎn)。汽車輕量化無疑是解決這些問題的最佳途徑。而復(fù)合材料具有比模量高、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯等優(yōu)點(diǎn)，正日益成為汽車輕量化的首選材料，逐漸受到世界汽車生產(chǎn)商的青睞。美國作

2、為世界第一大復(fù)合材料生產(chǎn)與消耗國，據(jù)估算汽車用復(fù)合材料年消耗量超過70萬t，通用汽車公司、福特汽車公司、戴姆勒·克萊斯勒公司三大汽車公司以及Mack、Aero-star等重型車廠，復(fù)合材料的使用都取得了明顯收效。在歐洲，復(fù)合材料也已經(jīng)在梅賽德斯－奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、蓮花、曼恩等歐洲汽車公司的各種車型中大量應(yīng)用。在中國，雖然目前復(fù)合材料年產(chǎn)量已達(dá)到180萬t，但在汽車工業(yè)中年用量很小，2008年13萬t，因此具有很大的發(fā)展空間和廣闊的發(fā)展前景。常用的樹脂基復(fù)合材料主要是由纖維來增強(qiáng)。與金屬材料相比，纖維增強(qiáng)塑料(

3、FRP)不僅質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好，生產(chǎn)工序簡單，且能實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，因而生產(chǎn)效率高，成本較低。如果以單位體積計(jì)算，生產(chǎn)塑料制件的費(fèi)用僅為有色金屬的十分之一。另外，F(xiàn)RP還可使形狀復(fù)雜的金屬部件設(shè)計(jì)簡單化，可將相關(guān)零件集成在一個(gè)系統(tǒng)零件上，達(dá)到復(fù)雜零件一次成型的目的。如福特汽車通過將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋改成模塑件，可有效整合原來11個(gè)金屬部件，大大簡化了生產(chǎn)過程。1．1玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)GFRP在中國俗稱玻璃鋼，它不僅質(zhì)量穩(wěn)定、資源豐富、成本低，而且吸收沖擊能量的性能、耐腐蝕性能較好，降低噪音的效果較好，且設(shè)

4、計(jì)靈活，因此是目前汽車上應(yīng)用最多的樹脂基復(fù)合材料，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件及車身。美國通用汽車公司從1990年開始，首先用玻璃鋼制造轎車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門罩、殼，隨后用于進(jìn)氣歧管、油底殼、空濾器殼、齒輪室蓋、導(dǎo)風(fēng)罩、進(jìn)氣管護(hù)板、風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)圈、加熱器蓋板、水箱部件、發(fā)動(dòng)機(jī)隔音板等零件的制造，效果很好。另外，玻璃鋼還可用于車身結(jié)構(gòu)件(如骨架、梁、柱等)、覆蓋件如格柵、前翼子板、頂蓋、車門、行李箱蓋、后側(cè)板等)以及保險(xiǎn)杠、油箱等，也有用于整個(gè)車身殼體，如美國的雪佛蘭子彈頭、東風(fēng)客車公司生產(chǎn)的DHZ6122HR高速客車等都是采用

5、全玻璃鋼車身制造。從減輕汽車自重來看，采用玻璃鋼代替鋼材已成為車身結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢。在歐洲、美國及日本等汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家，已普遍采用玻璃鋼材料制造汽車零部件，如內(nèi)裝飾件(儀表板、車門內(nèi)板、座椅、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等);外裝飾件(保險(xiǎn)杠、擋泥板、導(dǎo)流罩等);功能與結(jié)構(gòu)件(天然氣氣瓶、油箱、風(fēng)扇葉片、油氣踏板等)。為適應(yīng)輕量化的要求，歐美等國家中重型卡車外包覆件幾乎都是復(fù)合材料制造的。在很多名牌汽車上，使用玻璃纖維及其復(fù)合材料的也有很多，如美國林肯大陸使用的SMC發(fā)動(dòng)機(jī)罩、保險(xiǎn)杠、后部行李箱蓋、玻纖增強(qiáng)PET空調(diào)管、排氣門;

6、美國凱迪拉克賽威的玻纖增強(qiáng)PPO后窗下部件;美國道奇InterpidESX2跑車的玻纖增強(qiáng)PET車身板;法國Envivo的玻璃鋼天然氣瓶;英國TVRChimaera跑車選用玻璃鋼作車身。在中國，大型、豪華客車中應(yīng)用玻璃鋼較多，如廈門/蘇州金龍、西沃、安凱、鄭州宇通、丹東黃海、福田歐V等客車廠的幾乎所有車型都有應(yīng)用，涉及部件有前后圍、前后保險(xiǎn)杠、翼子板、輪護(hù)板、裙板（側(cè)圍板)、后視鏡、儀表板、倉門板等。在中小型客車中，玻璃鋼也有應(yīng)用，但相對(duì)萎縮，如南京依維柯S系列車的SMC前保險(xiǎn)杠、手糊/RTM硬頂、BMC前大燈反射罩

7、;都靈V系列車的SMC豪華面罩、電動(dòng)門總成、三角窗總成、后行李廂門總成和FRP后圍總成;英格爾轎車的后導(dǎo)流板和乘用車優(yōu)尼柯的前導(dǎo)流板;春蘭中型車的前導(dǎo)流板和吉利轎車的前、后保險(xiǎn)桿、后導(dǎo)流板等。但是，與國外相比，中國生產(chǎn)的汽車用玻璃鋼部件較少，而且大部分是用手糊法或RTM生產(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，產(chǎn)品檔次也不高。當(dāng)然，隨著近年來引進(jìn)車型相關(guān)部件的國產(chǎn)化以及國產(chǎn)車型的改進(jìn)和更新，會(huì)有越來越多的車型開始采用玻璃鋼部件。1.2碳(石墨)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以及優(yōu)良的綜合性能，是

8、制造汽車車身、底盤等主要結(jié)構(gòu)件的最輕材料(僅相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的六分之一到三分之一)，受到汽車工業(yè)廣泛重視。常用于制造汽車車身、發(fā)動(dòng)機(jī)零件等，可有效降低汽車自重并提高汽車性能。用CFRP制造的板簧零件強(qiáng)度高、模量大、熱膨脹系數(shù)小，減磨性好，質(zhì)量只有14kg，比現(xiàn)有材質(zhì)質(zhì)量減輕76%;碳纖維傳動(dòng)軸也已經(jīng)問世;福特公司用碳纖維制造的車門斜鉸鏈系統(tǒng)，保