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玻璃鋼復合材料在汽車工業中的應用現狀及發展方向
發布時間:2016-5-26    點擊數:8661

汽車工業是我國國民經濟的支柱產業,近幾年來已取得迅猛的發展。汽車工業的快速發展導致了汽車保有量的急劇增加,同時也給社會帶來了三大問題:能源匱乏、環境污染、安全問題。汽車節能、環保、安全既是國際汽車技術的發展方向,也是我國汽車產業政策的要求。減少燃料消耗和降低對環境的污染已成為汽車工業發展和社會可持續發展急需解決的關鍵問題。實現汽車輕量化,是節省能源的最有效的途徑之一,也是國際先進汽車制造商所追求的重要目標。汽車輕量化一方面決定于材料工業的發展,另一方面取決于提高汽車性能。采用高性能輕質材料是實現汽車輕量化的一條重要途徑,如選用鋁、鎂、鈦等合金、高強度鋼、工程塑料和復合材料等,用以制造汽車車身、底盤、發動機等零部件,可以有效的減輕汽車自重,提高發動機效率。據估計,汽車重量每減輕10%,就會節省6%~8%的燃料。 作為構成汽車以塑代鋼的重要輕量化材料——玻璃鋼/復合材料,與汽車節能、環保、安全有著密不可分的關系。采用玻璃鋼/復合材料制造汽車車身殼體及其他相關部件,是使汽車輕量化最有效的途徑之一;玻璃鋼/復合材料的問世,為汽車造型設計提供了重要的變革條件,利用其設計自由度大和成型方便的特點為汽車產品的造型、功能增添了新奇與美感,實現汽車車身流線型的設計理念;同時,玻璃鋼/復合材料還具有安全、低噪音、保溫隔熱等優良性能。由于汽車的質量減輕,滾動阻力減少,進而收到降低油耗、節約能源、減少環境污染以及保證安全等一系列效能。 玻璃鋼/復合材料在汽車領域的應用,始于20世紀50年代的美國和歐洲、日本等發達國家;現已廣泛應用復合材料制造轎車、客車、載貨車、拖拉機、摩托車以及賽車、冷藏車、工程車等車身及相關部件。
一、玻璃鋼/復合材料在汽車工業中的應用現狀
1.汽車玻璃鋼/復合材料應用概況 自從1953年世界上第一部FRP汽車——GM Corvette制造成功以后,玻璃鋼/復合材料即成為汽車工業的一支生力軍。傳統的手糊成型工藝只適于小排量生產,無法滿足汽車工業不斷發展的需要。在20世紀70年代開始,由于SMC材料的成功開發和機械化模壓技術以及模內涂層技術的應用,促使玻璃鋼/復合材料在汽車應用的年增長速度達到25%,形成汽車玻璃鋼制品發展的第一個快速發展時期;到20年代90年代初,隨著環保和輕量化、節能等呼聲越來越高,以GMT(玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料)、LFT(長纖維增強熱塑性復合材料)為代表的熱塑性復合材料得到了迅猛發展,主要用于汽車結構部件的制造,年增長速度達到10~15%,掀起第二個快速發展時期。作為新材料前沿的復合材料逐步替代汽車零部件中的金屬產品和其它傳統材料,并取得更加經濟和安全的效果。
2.玻璃鋼/復合材料汽車零部件主要分為三類:車身部件、結構件及功能件。 1.車身部件,包括車身殼體、車蓬硬頂、天窗、車門、散熱器護柵板、大燈反光板、前后保險杠等以及車內飾件。這是玻璃鋼/復合材料在汽車中應用的主要方向,主要適應車身流線型設計和外觀高品質要求的需要,目前開發應用潛力依然巨大。主要以玻璃纖維增強熱固性塑料為主,典型成型工藝有:SMC/BMC、RTM和手糊/噴射等。 2.結構件:包括前端支架、保險杠骨架、座椅骨架、地板等,其目的在于提高制件的設計自由度、多功能性和完整性。主要使用高強SMC、GMT、LFT等材料。
3.功能件:其主要特點是要求耐高溫、耐油腐蝕,以發動機及發動機周邊部件為主。如:發動機氣門罩蓋、進氣歧管、油底殼、空濾器蓋、齒輪室蓋、導風罩、進氣管護板、風扇葉片、風扇導風圈、加熱器蓋板、水箱部件、出水口外殼、水泵渦輪、發動機隔音板等。主要工藝材料為:SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纖維增強尼龍等。 4.其他相關部件:如CNG氣瓶、客車與房車衛生設施部件、摩托車部件、高速公路防眩板和防撞立柱、公路隔離墩、商品檢測車頂柜等。
(二)歐美等發達國家汽車玻璃鋼/復合材料的應用現狀
1.玻璃鋼/復合材料在汽車上應用最廣泛,玻璃鋼/復合材料工業科技水平最先進的,首推美國。 美國是世界上第一大玻璃鋼/復合材料生產與消耗國,美國在汽車上大量采用玻璃鋼/復合材料,使汽車輕量化取得了顯著效果。據美國復合材料制造商協會統計,2005年美國玻璃鋼/復合材料總產量為326萬噸,其中熱固性復合材料186萬噸,熱塑性復合材料140萬噸。據估算,目前美國汽車用復合材料年消耗量超過70萬噸;其中32%的熱固性復合材料用于汽車及其相關領域,相當一部分部件采用了SMC模壓工藝。在美國,有65%的美國轎車采用SMC作前臉和散熱器護柵板;95%以上汽車前燈反射鏡已采用BMC作為主要材料。復合材料在汽車上的應用幾乎涵蓋了美國本土的所有汽車制造廠家,如通用汽車、福特汽車、戴姆勒·克萊斯勒(DC)三大汽車公司以及Mack、Aero-star等重型車廠。 最新應用實例如下:
1)GM EV1全FRP車身電動汽車,包括SMC車頂、SMC發動機蓋、SMC后背廂蓋、SMC車門、RRIM前翼子板、RRIM前后面板、RRIM后角板和后輪襯板、SRIM全空氣動力學前面板、玻纖增強PUR儀表板、RTM底盤。
2)Ford Calaxy前端支架(GMT)、Focus/C-MAX前窗下飾板(SMC)、Thunderbird前端板、發動機蓋板、前翼子板、后背廂蓋、后座蓋板(SMC)、Cadillac XLR門板、后背廂蓋、翼子板、前端板(SMC)、Lincoln Continental發動機蓋、翼子板、后背廂蓋(SMC)等。
3)Chrysler Crossfire后導流板、擋風玻璃蓋板/a-立柱(SMC);Maybach 后背廂蓋(SMC);Alfa Romeo Spider和Smart Roadster等的發動機蓋板、后背廂蓋(SMC) 等。

來源:宏曉復合材料有限公司


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