汽车复合材料的历史和现状

作为一种新型的轻量化材料，树脂基复合材料正日益成为汽车制造业中的新宠。

汽车复合材料的历史

自开始制造汽车以来，复合材料，包括天然复合材料和人工合成复合材料便以各种形式应用于汽车中。早在1908年，美国福特汽车公司第一款大批量开发生产的T型车，其引擎盖就是采用天然复合材料——木头制造而成的。其后，很多汽车的车身框架、车底板和汽车装饰品等也均由木质材料制成。在汽车制造史上，复合材料被大规模地应用于汽车部件生产的一个典型例子是汽车的轮胎。众所周知，轮胎的橡胶基体中含有大约50%的碳黑，它不仅使轮胎呈黑色，更主要的是，碳黑的加入显著地提高了轮胎的耐磨性。通过在轮胎纵向方向加入纤维和钢丝，还大大增加了轮胎的结构强度，这是典型的人工合成复合材料在汽车领域的应用案例。尽管现代轮胎的制造技术己取得了巨大进步，但从福特公司T型车诞生以来，轮胎的基本配方和结构形式却一直都没有改变。因此我们可以认为，汽车制造业的发展史，实际上也是复合材料在汽车上的应用史。当然，本文主要介绍的是树脂基汽车复合材料，其历史应该追溯到树脂基复合材料诞生之后。

树脂基复合材料（以下简称“复合材料”）自1932年在美国诞生以来，至今已有近75年的发展历史。然而，其真正批量化应用于汽车工业则始于1953年。据资料记载，1951年，时任通用汽车公司车身设计负责人的Harley Early先生从通用汽车公司展示的玻纤增强复合材料概念车中得到启发，他憧憬着有朝一日能够设计出一款供批量生产的全玻纤增强复合材料车身的跑车，这款跑车可以结合所有欧洲汽车的优点。很快，他的想法得到了通用汽车公司副总裁Harlow Curtice先生的支持。1952年，通用汽车公司将一款原准备采用常规的钢材制造的跑车改为采用玻纤增强复合材料来制造，并将原名“Opel”改为“Corvette”，Corvette的英文原意是“轻巡洋舰”，其涵义充分表达了轻型、快速和操控性强的设计理念。

第一批Corvette车身采用手糊工艺制作而成：首先将剪切好的玻纤增强材料铺设在开放式的模具内，然后通过树脂浸渍、滚压赶泡、固化反应及脱模等一系列工序制作完成，这在当时是一种全新的车身制造工艺。经过全员努力，1952年12月22日，通用汽车公司成功地完成了该车身的开发制造。

1953年1月17日，一辆锃亮的配有红色内饰的白色Chevrolet Corvette跑车在美国纽约的Waldorf宾馆首次向观众展示（如图1所示），这是世界上第一款全复合材料车身的两座位跑车，这一天也因此成为了汽车复合材料史上值得永远纪念的日子。1953年6月30日，第一批试生产的300辆Corvette车在美国的Michigan投产。1954年，其生产地被移至美国的

St.Louis。从1984年至今，Chevrolet Corvette车型一直在Bowling Green生产。

当年谁也没有预料到的是，Chevrolet Corvette车型现己成为世界复合材料汽车的典范。自1953年推出此款车型以来，通用汽车公司目前己经售出了130万余辆。而更重要的是，作为世界上第一辆全复合材料车身汽车，Chevrolet Corvette引发了一场世界范围内应用复合材料的热潮：从车头到车尾，从内饰件到外饰件，从A级表面的车身面板到结构组装件，从皮卡车厢到发动机气门盖、油底壳，从传动轴到板弹簧等部件，复合材料在各种汽车零部件的应用中均显示出了无可比拟的优势：更低的模具投资成本、更低的汽车重量、更高的设计自由度以及更高的零部件集成度等等，这些引起了汽车制造业对复合材料的广泛关注。

追述复合材料在汽车工业中的应用历史，至今己有54年，其成功案例已不胜枚举。下面的一些典型案例简要地概述了国内外汽车复合材料的应用发展史。

1、国外汽车复合材料的应用历史

自1953年Chevrolet Corvette两座位跑车作为世界上第一辆全复合材料车身的车辆被推出以来，在世界范围内先后又有多款采用了复合材料的汽车问世：1963年，Studebaker公司推出了全复合材料车身的Avanti跑车，在1964年生产了1000辆之后停产；1970年，第一个格栅面板(GOP)应用于Pontiac公司的Tempest车型中，显示了SMC材料部件良好的集成功能；1986年，Cummin公司开发的SMC气门盖成为第一个应用于发动机的引擎部件；1987年，Mercury Tracer公司展示了第一款高产量的复合材料保险杠，这是复合材料第一次应用于结构件；1989年，欧洲最先采用缠绕法制成了复合材料压缩天然气(CNG)气瓶，到目前为止，这种气瓶已在全世界范围内投入使用了至少80万套以上；1992年，复合材料板簧在美国正式投入商业化生产，广泛应用于重型卡车和牵引车上，重量仅为钢材板簧的1/3；1993年，VW公司首创Golf A3型汽车的GMT前端框架，日产量达到2000件；1995年，Ford公司的Taurus车型和Sable 车型首次采用了SMC散热器支架，Lincoln Continental车型首先采用了柔性的SMC翼子板；1997年，Corvette车型首先采用了三明治结构的复合材料轻型车底盘，该轻型车底盘于2003年应用到Cadillac XLR车型中；2002年，Renault公司推出了Avantime车型，其车身的90%

采用了SMC材料，整辆汽车使用的SMC材料达到90kg，最大日产量为350辆（如图2所示）；2003年，碳纤维的SMC复合材料首先成功批量应用于2003款的Dodge Viper车型（如图3所示）和mercedes Maybach车型的系列化生产中。

2、国内汽车复合材料的应用历史

我国复合材料的研究和开发始于1958年，但复合材料进入汽车工业则比较迟缓，尤其是大批量、标准化应用的历史更短。

在20世纪80年代后期到20世纪90年代末，“全塑中华汽车”的概念虽然曾经在国内汽车界轰动一时，但终究由于质量较差不能满足汽车工业的要求而半途夭折。此后，国内陆续有一些汽车厂开发过全复合材料车身的客车车型，主要的工艺手段为手糊工艺，但都没有形成工业化大生产的局面。

随着以切诺基、依维柯、斯泰尔和桑塔纳等各类引进车型在中国的陆续投产，中国的汽车工业才真正开始引入和接触到与国际水平较为接近的塑料件和复合材料新技术。同时，中国汽车复合材料的历史也开始有了实质的起步，迎来了以消化吸收为主要目标的新的发展时期，并在实践中逐渐获得了中国汽车工业的认可。

经中国汽车复合材料企业成功消化吸收并获得国产化应用的范例有：1996年，南京依维柯汽车有限公司的IVECO小客车SMC前保险杠由北京汽车玻璃钢制品总公司国产化供货；2000年，北京吉普汽车有限公司的切诺基吉普车SMC后举升门由北京汽车玻璃钢制品总公司国产化供货（如图4所示）；2003年，中国重型汽车公司的斯泰尔王重卡SMC保险杠、面板等14种零部件由山东武城新明玻璃钢制品有限公司国产化供货；2004年，上海通用汽车有限公司的别克凯越车型GMT成套后座椅靠背骨架由上海耀华大中新材料有限公司国产化供货；2005年，上海通用汽车有限公司的别克GL8车型GMT前保险杠缓冲器支架由无锡吉兴汽车内饰件有限公司国产化供货；2006年，上海大众汽车有限公司的POLO、B5轿车GMT发动机底护板由上海耀华大中新材料有限公司国产化供货；2006年，一汽-大众汽车有限公司的宝来车型GMT前端框架由长春英利汽车部件有限公司国产化供货；2006年，一汽-大众汽车有限公司的宝来车型D-LFT车底部护板由长春英利汽车部件有限公司国产化供货；2006年，上海大众汽车有限公司的途安车型G-LFT前端框架由长春英利汽车部件有限公司国产化供货；2007年，一汽-大众汽车有限公司的迈腾车型GMT备胎仓由长春英利汽车部件有限公司国产化供货。

图4 北京Jeep 2500车型SMC后举升门

汽车复合材料的现状

尽管复合材料的许多优点使其很好地适应了汽车工业的发展要求，但其存在的一些缺点也是现代汽车工业所不能容忍的，如：原材料成本较高、弹性模量较低、材料特性分散性大、生产周期较长、可回收性差以及高温烘漆后易产生油漆爆破现象等。经过50多年的不断探索和研究，近年来，复合材料的新材料、新工艺和新技术不断涌现，从而在很大程度上使上述问题得以改善，促进了复合材料在各类汽车中的广泛应用。据统计，在欧美一些国家，汽车复合材料的用量约占本国复合材料总产量的33％左右，并保持持续增长状态。目前，复合材料在车身外覆盖件上的应用已相当成熟，并开始向内饰件、半结构件及结构件等的应用方向发展。近年来，汽车复合材料在应用和技术改进方面都发生了哪些变化呢？

1、成本降低，效率提高，更具竞争优势

在初级阶段，由于原材料成本和制造成本均很高，加之生产效率低、质量稳定性差等缺点，汽车复合材料并不被汽车工业所看好，因此一般只被用于小批量的、质量要求不高的非结构件产品。随着复合材料技术的不断进步以及生产自动化程度的不断提高，复合材料零部件的产量呈增长之势。以SMC为例，在与钢材的成本-产量进行对比的过程中，一个长期的研究数据表明，二者之间存在着一个交汇点，这个交汇点即为“基准产量”。当某种SMC产品的实际产量低于此基准产量时，其成本价格低于同类钢零件，而超过此基准产量时，其成本价格则高于钢零件。事实上，这个基准产量点是动态的，其总的趋势是向上移动。据统计，20世纪70年代的基准产量约为3万件/年，20世纪80年代的基准产量约为7万件/年，到2000年则上升为15万件/年。这表明，对于年产量在15万件以下的生产规模，相比钢材，SMC汽车复合材料更具竞争优势，这在欧美国家已得到了证实（如图5所示）。

图5 SMC与钢材的成本-产量比较

2、设计、制造更具科学性

复合材料是一种“可设计”的材料，即通过改变纤维或基体，可以在极大范围内设计材料的性能。但是，以往用复合材料制造汽车零部件的过程却经常使好的设计无法实现，或不能以合理的成本制造出来。例如，纤维在树脂基体中得不到准确排列或均匀分散，以及材料的局部力学性能和化学环境不能有效控制，造成制品的材料特性呈分散性大的缺点等，这些都是汽车工业所不能容忍的。近年来，随着一些相关的设计和开发软件技术的进步，汽车复合材料的设计和制造变得更具科学性。如ESI集团公司和VISTAGY公司等相继推出的汽车复合材料产品设计软件、仿真模拟软件和有限元分析软件等，对提高汽车复合材料产品的质量、缩短成型周期以及降低生产成本等发挥了重要作用。目前，PAM-RTM成型工艺计算机模拟分析软件己得到了广泛应用，它能够对RTM生产过程中树脂的流峰、温度、压力场以及固化过程进行模拟预测，从而帮助获得合理的注射方案并缩短生产周期。

3、以SMC为代表的热固性复合材料更趋成熟

SMC是一种热固性材料，是由不饱和聚酯树脂、有机添加剂、碳酸钙和短切玻纤等混合制得的一种片状模塑料，是汽车工业中应用最成功的复合材料之一。2000年，美国和欧洲汽车SMC 的消耗量已分别达到SMC总产量的70%和42%。随着SMC在汽车中应用范围的不断扩大，市场对SMC的要求也越来越高。近年来，各国在不饱和聚酯树脂、有机添加剂、填料、玻璃纤维、模具、零件设计以及SMC的生产、成型工艺过程控制等方面都进行了广泛的研究，并取得了重大进展，相继推出了A级表面SMC、低压SMC、低密度SMC、免喷涂SMC、增韧型SMC、耐高温SMC及环境友好SMC等各种汽车用SMC复合材料，充分满足了汽车工业发展的需求。2006年，德国Fraunhofer研究院与VW公司、DieffenBacher公司经过2年多的努力，推出了SMC直接在线混配、微波即时熟化连续成型生产线，从而将传统的二步法

SMC成型工艺创新为一步法成型，大大降低了SMC复合材料成型的生产成本和加工周期，这无疑为汽车工业扩大应用复合材料、促进汽车轻量化带来了新的福音。

4、长纤维热塑性复合材料呈快速发展趋势

长纤维增强热塑性复合材料(LFT)由于比没有经过增强的工程热塑性塑料、热固性复合材料、钢铁或者铝材等具有更优异的抗冲击强度和耐用性、更低的重量和成本、更短的成型周期以及更好的可回收性，因此自20世纪80年代推出以来越来越受到汽车制造业的青睐（如图6所示）。2002年，全世界LFT的产量已达到6万t/年，并以30%左右的速度增长。就品种而言，PP占其中的56％，PA占其中的32％；就地区分布而言，欧美国家占到了总量的92％。2006年，仅欧洲的LFT用量就已接近14万t。近年来，亚洲汽车工业的LFT用量也呈增长态势。目前，LFT已在汽车的防撞内杆、前端框架、仪表盘骨架、车门中间承载板、电瓶箱、座椅骨架板、备胎仓以及车底部护板等结构件和半结构件上得到了广泛应用。据统计，在LFT的总消费量中，汽车工业就占据了其中的80% 。

图6 世界汽车用长纤维热塑性复合材料增长趋势

5、碳纤维复合材料在汽车工业中崭露头角

碳纤维复合材料（CFRP）因其重量轻，以及具有高强度、高刚性和良好的耐蠕变性、耐腐蚀性等特点，已成为一种非常理想的汽车轻量化材料。实际上，早在几十年前，就有专家曾预言，碳纤维复合材料将取代金属用来制造汽车底盘结构件，现在这个预言已成为事实：2003款的戴姆勒-克莱斯勒Dodge Viper 运动车的底盘和车身外部构件就是采用CFRP制造而成的，它使汽车重量减轻了68%，从而使油耗降低了40％。另外，在该车的制造过程中，首次实现了SMC模压成型工艺的批量化生产，为此该项目还荣获了2004年的SPE大奖；德国BMW 汽车公司在其系列车型的制造中，持续采用碳纤维增强复合材料，其最新的一个案例就是用CFRP制造的车顶。该车顶专门为欧洲新的M3 CSL车型而设计，是在BMW汽车公司的Landshut工厂中的第一条高自动化的碳纤维车身零部件加工生产线上制作而成。相比钢制车顶，其重量减轻了13.2Lb（1Lb=0.4536kg），相当于钢制车顶重量的一半；美国摩里逊公司采用CFRP为通用汽车公司的载重汽车配套生产出了汽车传动轴，从而使原来通过中间轴承连接的两根金属传动轴用一根CFRP传动轴取代即可，它不仅减轻了60%的重量，而且具有更

好的耐疲劳性和耐久性。

毫无疑问，随着碳纤维制造工艺的不断进步及其价格的不断下降，用碳纤维复合材料大量替代钢材制造汽车结构件、半结构件和车身，从而实现汽车真正意义上的轻量化己不是遥远的梦想。

6、汽车复合材料的油漆爆裂问题已得到有效控制

通常，复合材料在经过油漆喷涂，特别是高温油漆烘烤后，其表面会出现油漆爆裂或裂纹等现象，而且其概率比钢制面板要高出4倍甚至更多，由此而带来的返工修补不仅费时，还增加了成本。多年来，这一缺点使得复合材料在汽车工业中的应用受到了限制。为了解决这一问题，一些材料供应商进行了深入研究，并在2001～2002年期间取得了突破性进展：Budd公司的塑料部门和AOC树脂公司合作推出了一种新型的、含有高性能密封剂的Atryl TCA坚韧型SMC专用A级表面树脂；巴斯夫公司和Meridian汽车系统公司联合推出了一种全新的紫外固化密封剂。这些技术进展从密封、防止缝隙产生的角度很好地解决了复合材料的爆裂及裂纹问题。数据显示，经油漆喷涂后达到A级表面的SMC部件，在放置几个月之后，其油漆缺陷产生的概率很小，小到完全可以与A级表面的钢材料面板相媲美。

7、汽车复合材料回收技术进一步提高

对汽车工业来说，复合材料的回收是一个具有战略意义的问题。现在，人们已经解决了热塑性汽车复合材料的回收问题，同时明确了热固性复合材料属于可回收材料的范围。

目前，世界上回收热固性汽车复合材料的方法主要有3种：通过焚烧回收热能；通过热降解回收可燃油和可燃气体；通过物理粉碎法重新生成玻纤、填料和固化树脂的混合物。其中，物理粉碎法是得到了广泛认同的、最为经济和方便的回收技术。当然，不可否认的是，对热固性汽车复合材料的回收仍然存在着一些问题，如：聚合物无法再次熔融和加工，增强纤维和填料的种类复杂而难以区分，回收物的经济价值不高等。为此，世界各国汽车复合材料业仍在努力，并不断取得新的进展。例如，意大利FIAT汽车公司建立了一种SMC的回收体系，即将SMC粉粹至粒径小于50μm的粉末后，用作PVC汽车底漆的填料。初步计算结果显示，如果每辆汽车平均使用7kg的PVC底漆，其中矿物填料为3kg，那么每辆新车可消耗大均2.5kg 的SMC粉末，其所带来的经济效益不容忽视。此外，在欧洲，由复合材料企业发起组成了ERCOM复合材料回收股份公司的联盟组织，目的是在欧洲范围内开展SMC废弃物的收集和回收工作，取得了很好的社会和经济效益。其具体做法是：

（1）设立SMC废弃物收集网点，并通过ERCOM移动式破碎系统为这些网点提供服务。这些经破碎压缩后的废料最终被运回ERCOM回收工厂进行处理。据介绍，ERCOM回收工厂的年产能高达6 000t。

（2）与相关工厂合作，建立汽车复合材料部件的拆卸工厂。

（3）不断完善相关的拆卸标准，推动标准的实施，保证回收物的质量。

（4）建立健全对回收物和SMC部件的质量管理体系。

（5）建立实验室，对采用SMC回收物生产的部件进行测试和检查，确保产品的质量安全。

图7 欧洲复合材料循环回收利用体系

8、中国将迎来汽车复合材料发展的良好时机

与欧美发达国家相比，中国汽车复合材料的应用历史很短而且发展缓慢，技术水平低下，其原因是多方面的。首先，在计划经济时代，复合材料隶属于建材行业。由于行业之间缺乏交流，导致了中国的汽车工业一直以来就缺少复合材料这种技术资源。其次，中国复合材料行业从材料到工艺到装备一直以来都没有形成一个高水平的、完整的工业生产体系，难以满足汽车工业发展的需求。改革开放以来，中国的汽车复合材料迎来了千载难逢的发展机遇。特别是自2000年以来，汽车复合材料的需求量每年以20%～30%的速率快速增长，其中长纤维增强热塑性复合材料的增长速度更快。在中国汽车工业快速发展的过程中，轻量化、低油耗、高安全、减少污染以及降低制造和使用的综合成本等日益成为汽车业界的共识，这无疑为轻质、高强、成本低廉及综合性能优异的复合材料提供了前所未有的市场机遇。可以肯定，中国的汽车复合材料将迎来崭新的发展时期。(end)

复合材料在汽车制造中的应用

2012年10月（下）工业技术科技创新与应用复合材料在汽车制造中的应用刘莉（兰州职业技术学院，甘肃兰州730070）汽车工业是我国国民经济的重要产业支柱之一，近年来已取得迅猛的发展。截至2010年，我国汽车产销量分别为1826.7和1806.9万辆，跃居世界第一。按照“十二五”规划，到2015年将形成2500万辆的产能[1]。汽车工业的快速发展伴随着能源匮乏、环境污染等问题。汽车节能、环保、安全既是国际汽车技术的发展方向，也是我国产业政策的要求[2]。由于钢材料刚性好、易加工，能满足汽车各零部件对材料性能的要求，但钢材料也存在易腐蚀、密度大、能量消耗多的缺点，因此以轻质材料取代传统钢材料势在必行。近年来，复合材料在汽车制造业的开发应用减轻了重量、降低了油耗、提高了强度和改善震动等性能[3]。复合材料是由两种或者多种不同性质的材料用物理或化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。一般复合材料的性能优于其组成材料的性能，并且有些性能是原来组成材料所没有的，如改善材料的刚度、强度和热学等性能等。 1汽车制造业发展趋势为缓解日益减少的石油资源的压力，节能减排是影响可持续发展的关键因素。用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。减轻了汽车重量，滚动阻力随之减少，每公里油耗也就随之下降，不但降低了石油资源的损耗，还减少了尾气排放，缓解了温室效应的压力[2]。近年来，由于机械和汽车领域对材料强度和硬度方面的要求越来越高，使得复合材料得到广泛的应用。但与复合材料在宇航方面的应用相比，汽车工业应用复合材料的发展较为缓慢，主要是受限于材料价格高，复合材料的成型加工困难等因素。目前，伴随高性能复合材料研发与应用，已可通过减轻材料重量来节约成本。复合材料与金属材料相比，具有能耗低、加工方便、材料性能高和使用寿命长的特点，目前已大规模应用于汽车零部件和内部装饰等方面[4]。 2复合材料在汽车零部件开发应用 2.1在汽车发动机上的应用发动机的主要部件是活塞，它的工作环境为高温高压，并且活塞在运动过程中不断与活塞环、汽缸壁之间产生摩擦，极易损坏，因此要保证发动机正常工作，要选择耐磨的复合材料。目前，应用于活塞的材料主要由低密度金属和增强陶瓷纤维组成。此外，国外又推出了氧化铝纤维增强活塞顶的铝活塞及氧化铝增强的镁合金制造的活塞等[5]。由于陶瓷材料质量较轻，若将配气机构中的附件也用陶瓷复合材料替换后，可以通过提高转速的方法来提高发动机的功率，或者转速不变，也可通过降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗，从而达到节能减排的目的。气门座和摇臂头等易磨损部件再采用陶瓷材料后，也可减少磨损，延长使用寿命。在柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后，改善了发动机低负荷时的燃烧，及低温启动性能，降低了燃烧噪声。涡轮增压器零件中使用最普遍的是增压器陶瓷涡轮，与金属涡轮相比，陶瓷涡轮质轻，转动惯量仅为金属涡轮的20%，“涡轮滞后”现象得以改善，提高了增压器的动态性能，能在金属涡轮不能承受的高温下工作[6]。韩鹏[7]从碳纤维复合材料的力学性能和发动机罩的结构特点出发，按照等刚度原则，设计并分析了碳纤维复合材料发动机罩。用有限元分析方法，确定了发动机罩性能参数。结果发现，复合材料发动机罩在满足刚度条件下，可减重约16%左右。 2.2车轮刘国军[4]数值模拟了碳纤维/环氧(T300/5208）复合材料车轮与铝合金车轮的弯曲疲劳试验。通过对汽车车轮建模，用有限元AN－SYS软件，按国家标准车轮弯曲疲劳试验，分别分析了铝合金和复合材料汽车车轮的强度。结果发现，在相同应力水平下，复合材料车轮比铝合金车轮轻了40.74%。同时，优化设计碳纤维/环氧(T300/ 5208）复合材料汽车车轮的轮辋厚度、车轮安装凸缘厚度和车轮的轮廓尺寸，也可以使车轮的重量降低。 2.3其他部件东风汽车公司开发的共聚甲醛与钢背复合润滑滑动轴承复合材料，已应用于汽车的制动系、传动系、转向系等轴承中。具有综合性能优于青铜合金，工艺稳定、生产率高、价格低廉等优点。此外，铜材质的散热器管材也逐渐被复合材料取代。目前一般采用30%GF 增强的PA66注射成型，并以机械方式与散热器接合，可明显提高设备的耐腐蚀性并节约了金属材料。用橡胶密封圈使接合面上达到密封的目的，还可以起到防振作用[8]。张泽书[9]用玻璃纤维和改性丙纶为原料，设计开发了GMT复合材料，并用于汽车内饰。产品规格为单位质量1150~1250g/m2，幅宽为2200mm。研究了GMT复合材料成型加工工艺参数与其力学性能之间的关系。结果发现，采用玻璃纤维和改性丙纶直接混合方法，用非织造布设备进行制备GMT复合材料，成功解决了玻璃纤维和改性丙纶均匀混合、梳理成网均匀等技术问题。 3展望含有陶瓷纤维、玻璃纤维、高分子材料以及其他新型非金属原料的高性能复合材料在汽车制造业中的广泛研究与应用，极大减小了汽车材料对金属的依赖，实现汽车轻量化，有效缓解了对资源的压力。伴随我国汽车产业的迅猛发展，探索并开发高性能新型复合材料，进一步减轻重量，增强材料力学及加工性能，降低成本，促进汽车产业的节能减排，已经成为一种必不可挡的趋势。参考文献 [1]黄茂松,贾润萍.中国汽车用聚氨酯材料发展方向[J].聚氨酯, 2012,3:61-66 [2]郑学森.国内汽车复合材料应用现状与未来展望[J].玻璃纤维, 2010,3:35-42 [3]刘军,王腾宁.复合材料在汽车中的应用[J].工程塑料应用, 1996,3:31-33 [4]刘国军.复合材料汽车车轮的强度分析及优化设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006 [5]曹令俊.复合材料在汽车工业中的应用及趋势[J].天津汽车, 2000,1:28-31 [6]罗鹰.复合材料在现代汽车发动机中的应用[J].汽车工程师, 2009,2:50-52 [7]韩鹏.碳纤维复合材料发动机罩优化设计研究[D].长春:吉林大学,2011 [8]向乐新,潘典三.树脂基复合材料及其在汽车中的应用[J].武汉工学院学报,1995,4:19-25 [9]张泽书.汽车内饰用GMT复合材料的制备与研究[D].郑州:中原工学院,2009 摘要：根据当前汽车制造业的发展趋势，从节能减排角度入手，分析了汽车轻量化是当今汽车工业发展的方向，综述了复合材料在我国汽车制造中的开发与应用。关键词：复合材料；汽车制造；应用 110 --

浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用

浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用本文阐述了热塑性复合材料在汽车上的应用。标签：热塑性；复合材料；汽车热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体的复合材料。常用的热塑性树脂有聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺和聚砜等。主要的增强纤维是短玻璃纤维、碳纤维、织物纤维及其他充填物，一般纤维体积含量约为20%～30%，最大可达到40%～55%。大多数情况下，纤维及充填物无方向随机排布。纤维的主要增强效果是提高强度和耐磨性，改善基体的耐热性和蠕变抗力，使用玻璃纤维和碳纤维增强的热塑性树脂，其拉伸强度和抗弯模量可提高2倍至6倍，但冲击强度有所降低，广泛用于汽车工业、化工、电子及航空工业。随着热塑树脂基复合材科学技术的不断成熟以及可回收用的发展，该品种的复会材料发展较快，欧美发达国家热热塑性复合材料已占到树基复合材料总量的30%以上。 1.在汽车外饰件上的应用汽车外饰主要指汽车前后保险杠、汽车车身裙板、进气格栅、散热器面罩、外侧围、扰流板、防擦条、车门外开手柄、前后风挡玻璃等等。在以往汽車外饰中经常使用的材料一般是热固性材料，这种材料的废弃件和边角余料经常是通过掩埋或者焚烧进行处理的，这样的处理方式会造成环境的污染问题。但是使用热塑性材料则不会出现些类似问题，热塑新材料不仅可以进行循环利用，还具有密度低、成本低、生产效率高等特点。在生产中使用这一材料代替金属材料或者是热固性材料可以实现轻量化的设计和生产，所以这种材料在汽车中的使用范围越来越广。在过去的一段时间内，没有使用热塑性材料是因为其无法进行喷涂，而且表面的质量较差，使其无法再外饰件中广泛使用。但是经过新兴技术的不断研发，使其在外饰件中的使用成为可能，而且逐渐成为热门。戴姆勒福莱纳车型的挡泥板和保险杠采用了30%长玻纤增强PP材料，解放J6的保险杠支架采用了40%长玻纤增强PP材料。 2.在汽车内饰件上的应用汽车内饰系统是汽车车身的重要组成部分，而且内饰系统的设计工作量占到车造型设计工作量的60%以上，远超过汽车外形，是车身最重要的部分之一。汽车内饰主要包括以下子系统：仪表板系统、副仪表板系统、门内护板系统、

汽车复合材料的历史和现状

汽车复合材料的历史和现状作为一种新型的轻量化材料，树脂基复合材料正日益成为汽车制造业中的新宠。汽车复合材料的历史自开始制造汽车以来，复合材料，包括天然复合材料和人工合成复合材料便以各种形式应用于汽车中。早在1908年，美国福特汽车公司第一款大批量开发生产的T型车，其引擎盖就是采用天然复合材料——木头制造而成的。其后，很多汽车的车身框架、车底板和汽车装饰品等也均由木质材料制成。在汽车制造史上，复合材料被大规模地应用于汽车部件生产的一个典型例子是汽车的轮胎。众所周知，轮胎的橡胶基体中含有大约50%的碳黑，它不仅使轮胎呈黑色，更主要的是，碳黑的加入显著地提高了轮胎的耐磨性。通过在轮胎纵向方向加入纤维和钢丝，还大大增加了轮胎的结构强度，这是典型的人工合成复合材料在汽车领域的应用案例。尽管现代轮胎的制造技术己取得了巨大进步，但从福特公司T型车诞生以来，轮胎的基本配方和结构形式却一直都没有改变。因此我们可以认为，汽车制造业的发展史，实际上也是复合材料在汽车上的应用史。当然，本文主要介绍的是树脂基汽车复合材料，其历史应该追溯到树脂基复合材料诞生之后。树脂基复合材料（以下简称“复合材料”）自1932年在美国诞生以来，至今已有近75年的发展历史。然而，其真正批量化应用于汽车工业则始于1953年。据资料记载，1951年，时任通用汽车公司车身设计负责人的Harley Early先生从通用汽车公司展示的玻纤增强复合材料概念车中得到启发，他憧憬着有朝一日能够设计出一款供批量生产的全玻纤增强复合材料车身的跑车，这款跑车可以结合所有欧洲汽车的优点。很快，他的想法得到了通用汽车公司副总裁Harlow Curtice先生的支持。1952年，通用汽车公司将一款原准备采用常规的钢材制造的跑车改为采用玻纤增强复合材料来制造，并将原名“Opel”改为“Corvette”，Corvette的英文原意是“轻巡洋舰”，其涵义充分表达了轻型、快速和操控性强的设计理念。第一批Corvette车身采用手糊工艺制作而成：首先将剪切好的玻纤增强材料铺设在开放式的模具内，然后通过树脂浸渍、滚压赶泡、固化反应及脱模等一系列工序制作完成，这在当时是一种全新的车身制造工艺。经过全员努力，1952年12月22日，通用汽车公司成功地完成了该车身的开发制造。 1953年1月17日，一辆锃亮的配有红色内饰的白色Chevrolet Corvette跑车在美国纽约的Waldorf宾馆首次向观众展示（如图1所示），这是世界上第一款全复合材料车身的两座位跑车，这一天也因此成为了汽车复合材料史上值得永远纪念的日子。1953年6月30日，第一批试生产的300辆Corvette车在美国的Michigan投产。1954年，其生产地被移至美国的 St.Louis。从1984年至今，Chevrolet Corvette车型一直在Bowling Green生产。

玻纤增强复合材料在汽车上的应用

玻纤增强复合材料在汽车上的应用 2004-7-15 来源：中国玻璃网作者：佚名点击数：956次更多玻纤增强复合材料汽车新闻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,反映了一个国家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(S MC)、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主要用于制作发动机冷却风扇叶片、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,因此非功能件逐渐被滑石粉等无机填料添充PP所替代。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。塑料进气歧管是近几年发展起来的新技术,与铝合金铸造的进气歧管相比,具有重量轻、内表面光滑、减震隔热等优点,因此在国外汽车上得到广泛应用,它所用的材料全部是玻纤增强PA66或PA6,主要采用熔芯法或振动摩擦焊法,目前国内有关单位已经开展此方面研究并取得阶段性成果。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,国内有关单位已在八五、九五期间开展了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在汽车上的应用量最大的是车身板,占SMC用量的70%,增长最快的是结构件和传动器零件,在今后5年内,SMC在汽车上的用量将继续增加22%～71%,而在其他行业的增长为13%～35%。

汽车复合材料

汽车复合材料主要加工工艺和技术世界上第一辆全复合材料车身的汽车诞生55年以来，随着汽车工业的快速发展以及大众环保意识和节能意识的不断增强，尤其是在世界能源危机和石油涨价而使得汽车工业向轻量化方向发展的大背景下，作为汽车轻量化主流轻质材料之一的汽车复合材料的材料性能和加工工艺技术也因此而得到了快速发展。现在，无论是欧、美、日等汽车工业发达国家，还是中国、巴西和印度等汽车工业快速发展中国家，都已在汽车制造量采用汽车复合材料，涉及的车辆有商用车、乘用车、工程车、农用车、运动车以及休闲车、军用车和摩托车等几乎所有的车种，主要应用围也从外履件发展到汽车的各个部分，可以说从车头到车尾，从外饰件到饰件，从A级表面的车身面板到结构件、半结构件，从车门、车窗到车盖、车顶，从皮卡车厢、车身底护板到发动机气门盖、油底壳，从座椅骨架、底盘到储气罐、传动轴和板弹簧等，到处都有汽车复合材料的应用。那么，这些形状各异、技术性能各不相同，甚至规格和产量规模都相差甚远的汽车复合材料零部件是如何生产出来的呢？其主要生产工艺有哪些？与常规金属汽车零部件生产相比又有什么优缺点？……我们知道，汽车复合材料是一种可设计的材料，能够方便地实现整体综合优化设计。其中汽车复合材料制造工艺的可设计性带给了汽车复合材料制造行业无穷的想像力和创新机会。目前，我们己知的汽车复合材料制造工艺技术就多达几十种，并且还处于不断的创新发展之中。由于篇幅有限，本文就汽车复合材料主要且常用的6种加工工艺和技术做一初步介绍。手糊成型工艺和技术简单地说，手糊成型工艺(Hand Lay-up Molding)是手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替地铺层在已被覆好脱模剂和胶衣的模具上，然后用压辊滚压压实脱泡，最后在常温下固化成型为汽车复合材料制品，如图1所示。尽管在现代汽车复合材料成型新工艺不断涌现的情况下，手糊成型工艺显得比较原始，但是，该工艺却具有其独特的不可替代性，仍然为世界各国汽车复合材料行业特别是中国汽车复合材料行业所广泛采用。图1 手糊成型工艺示意图图2所示为手糊成型工艺流程。从该工艺流程可以看出，手糊成型工艺具有以下优点：不需要复杂的设备和模具，投资低；生产技术容易掌握，且产品不受尺寸形状的限制，适合小批量和大型制件的生产；可与其他材料如金属、木材及塑料泡沫等同时复合制成一体。这些优点使得手糊成型工艺至今仍然作为汽车复合材料的一种主要成型工艺而被用于小批量地加工各种汽车复合材料制品，如客车和重型卡车的前/后围面板、高顶、导流罩、引擎罩盖、保险杠、挡泥板以及休闲车、农用车的车身等。此外该工艺还被用于新车开发，如制造概念车和新车样件试制。

典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成

典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成汽车用地毯与整车钣金接触面积比较大，因而对于整车的声学性能起着非常重要的作用，文章通过对典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成的阐述，以期为业界开发乘用车簇绒地毯起到一定的参考意义。标签：簇绒地毯声学性能复合材料性能与构成 0 引言随着现代纺织技术和工艺的发展，汽车工业大量采用高性能纤维材料，充分满足了消费者的需求。就目前而言，汽车地毯类主要有针刺地毯及簇绒地毯两大类。前者所用纤维原料95%以上是聚酰胺纤维，其优点在于优异的回弹和耐磨性。针刺地毯所用纤维主要是聚酯和聚丙烯，由于聚丙烯价格上的优势，各国都投入了较大的人力和物力对其进行研究和开发，而国内目前针刺地毯主要应用在中低档的小型家轿上，中型及豪华轿车上大都采用了簇绒地毯。下面就从汽车地毯的几个主要性能要求上，对典型汽车用簇绒地毯复合材料开发与应用做一简明的阐述。作为汽车内饰件的地毯，其主要的性能包括：外观、声学、机械性能、气味、排放、阻燃性等。图1即为一种典型的簇绒地毯复合材料构成，它是一种层迭式的复合结构，通过簇绒、涂胶、热压成型以及发泡等工艺流程制造。 1 簇绒地毯复合材料构成最上层-毯面的外观特性首先，汽车用簇绒地毯外观，需满足人们对于舒适豪华感观上的追求，因而对于最上层结构的毯面设计，就需考虑两个要点：毯面的风格及颜色。产业用纺织品的纤维原料已经从过去主要采用棉、毛、麻等天然纤维逐步发展到采用粘胶、丙纶、绵纶、腈纶等化纤，从采用常规化纤发展到大量采用各种高强、高模、耐高温、耐酸碱、高氧化、耐水解的高性能纤维，由于聚酰胺纤维（俗称：尼龙纱线）优异的回弹和耐磨性，它迅速地在汽车簇绒地毯中得到广泛的应用，各供应商也积极地投入到此纱线的开发中来，目前国内比较大规模开发簇绒尼龙纱线的厂家中有Aquafil，Universal以及Invista等，随着中国汽车工业近几年的蓬勃发展，高中档家用轿车和商业用车产销两旺，合成化学纤维用量需求越来越大。所谓簇绒，是将一束束的尼龙纱线植于无纺布的基布上，簇绒机将纱线剪断，纱线直立或弯曲形成绒感，背面将纱线束用PE胶粘附形成。对毯面的风格而言，主要体现在绒高，簇绒机的幅宽方向的纱线束的针脚距离，毯面的单位面积的克重等，目前国内外的毯面的加工过程大都通过簇绒机完成，以进口机器为主，绒线束针距现在较为普遍的有两种，一种为1/10”，另一种5/64”，是指在簇绒机的

汽车复合材料解决方案——v2

汽车复合材料解决方案一、汽车轻量化及复合材料必要性伴随着汽车工业的发展，汽车产量和保有量逐渐增加，汽车在给人们出行带来方便的同时，也产生了油耗、安全和环保三大问题。为保证汽车工业的健康发展，各国针对汽车工业发展产生的三大问题，制定了相应的法规。包括油耗法规、正碰和侧碰的安全法规，以及排放法规各国汽车工业认为：满足各项严格法规要求极为有效的手段是采取高强度轻量化材料，以使满足汽车轻量化降低油耗和排放的同时，保证汽车的安全性法规要求。汽车轻量化是提高汽车动力性、舒适性进而提高竞争力的必须。汽车质量减少，减小动力和动力传动系统负荷，可在较低的牵引负荷下表现出同样或更好的性能。研究表明，约75%的油耗与整车质量有关，降低汽车质量就可有效降低油耗及排放。目前，大量研究表明，汽车质量每下降10%，油耗下降8%，排放下降4%。油耗的下降，意味着二氧化碳、氮氧化物等有害气体排放量的下降。基于以上汽车轻量化方面的强烈的需求，世界各大汽车厂商陆续开发了各种轻量化材料，如高强度钢，铝合金，镁合金，树脂基复合材料等。树脂基复合材料也称为纤维增强塑料（CFRP）, 它是以合成树脂为基体, 以纤维为增强材料, 经成型技术形成的一种新型复合材料。与钢铁材料铝合金等传统材料相比, 树脂基复合材料具有质量小、比强度高、耐腐蚀、减振性能好、可设计性强易于加工等优点, 在汽车工业中得到广泛应用。作为汽车上重要的轻量化材料, 树脂基复合材料越来越多地取代了传统的金属材料。实践证明, 在汽车上大量使用树脂基

复合材料可以显著减轻汽车自重、降低油耗、提高汽车安全舒适性、减少环境污染和降低汽车的制造与使用综合成本, 它在汽车工业中应用前景十分广阔。二、当前汽车复合材料存在的问题复合材料在汽车上的应用长期以来主要集中于F1赛车、高档跑车等高端领域，近年来，随着轻量化的逐渐普及，一些电动及混合动力的车型逐渐面世，大众型的车辆上复合材料压力逐渐提高。中国的汽车工业直到最近几年才真正开始接触和引入与国际水平较为接近的塑料件和复合材料新技术, 随着轻量化概念的深入推广，复合材料在国内迎来了以消化吸收为主要目标的新发展时期, 并在实践中逐渐获得了中国汽车工业的认可。复合材料存在诸多明显的优势，但从材料本身及其设计方法方面仍然存在下述问题： 2.1连续长纤维材料逐渐代替短纤维材料长期以来，以短纤维SMC为代表的热固性复合材料一直是汽车复合材料的主流。其主要有不饱和聚酯树脂、添加剂、短切玻璃纤维等混合制的一种片状模塑料，具有成本低廉、工艺快速等优点，在汽车行业得到了广泛应用。长纤维复合材料（LFT）由于没有经过增强的SMC等短切纤维复合材料，具有更强的抗冲击性和耐用性，更低的质量，更短的成型周期和更好的回收性，因此自上世纪80年代推出以来越来越多受到汽车工业的青睐，在全球汽车工业得到高速的增长，长纤维复合材料目前已经广泛应用于汽车的防撞内杆、前端框架、仪表盘骨架、座椅骨架等结构件和半结构件。据统计，汽车行业已经占据了长纤维复合材料消费的80%。

(汽车行业)汽车车身新材料的应用及发展方向

（汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向

汽车车身新材料的应用及发展趋势现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。高强度钢板从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。轻量化迭层钢板迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。镁合金镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的

复合材料在汽车上的应用

复合材料在汽车上的应用摘要: 概述了纤维增强树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等在汽车上的应用现状，并对复合材料在汽车上的应用前景进行了展望。国内外现状表明，复合材料在汽车上将有广阔的应用前景，同时，也有很多问题有待解决。 1 树脂基复合材料在汽车上的应用随着汽车工业的飞速发展，节能、环保、安全日益成为当今世界汽车界的研究热点。汽车轻量化无疑是解决这些问题的最佳途径。而复合材料具有比模量高、比强度高、耐腐蚀、可设计性强、综合经济效益明显等优点，正日益成为汽车轻量化的首选材料，逐渐受到世界汽车生产商的青睐。美国作为世界第一大复合材料生产与消耗国，据估算汽车用复合材料年消耗量超过70 万t，通用汽车公司、福特汽车公司、戴姆勒·克莱斯勒公司三大汽车公司以及Mack、Aero-star 等重型车厂，复合材料的使用都取得了明显收效。在欧洲，复合材料也已经在梅赛德斯－奔驰、宝马、大众、沃尔沃、莲花、曼恩等欧洲汽车公司的各种车型中大量应用。在中国，虽然目前复合材料年产量已达到180 万t，但在汽车工业中年用量很小，2008 年13 万t，因此具有很大的发展空间和广阔的发展前景。常用的树脂基复合材料主要是由纤维来增强。与金属材料相比，纤维增强塑料(FRP) 不仅质量轻、比强度高、耐腐蚀性好，生产工序简单，且能实现大批量生产，因而生产效率高，成本较低。如果以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的十分之一。另外，FRP 还可使形状复杂的金属部件设计简单化，可将相关零件集成在一个系统零件上，达到复杂零件一次成型的目的。如福特汽车通过将汽车发动机盖改成模塑件，可有效整合原来11 个金属部件，大大简化了生产过程。 1．1 玻璃纤维增强塑料(GFRP) GFRP 在中国俗称玻璃钢，它不仅质量稳定、资源丰富、成本低，而且吸收冲击能量的性能、耐腐蚀性能较好，降低噪音的效果较好，且设计灵活，因此是目前汽车上应用最多的树脂基复合材料，主要用于发动机、发动机周边部件及车身。美国通用汽车公司从1990 年开始，首先用玻璃钢制造轿车发动机气门罩、壳，随后用于进气歧管、油底壳、空滤器壳、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇导风圈、加热器盖板、水箱部件、发动机隔音板等零件的制造，效果很好。另外，玻璃钢还可用于车身结构件( 如骨架、梁、柱等)、覆盖件如格栅、前翼子板、顶盖、车门、行李箱盖、后侧板等)以及保险杠、油箱等，也有用于整个车身壳体，如美国的雪佛兰子弹头、东风客车公司生产的DHZ6122HR 高速客车等都是采用全玻璃钢车身制造。从减轻汽车自重来看，采用玻璃钢代替钢材已成为车身结构发展的必然趋势。在欧洲、美国及日本等汽车制造业发达的国家，已普遍采用玻璃钢材料制造汽车零部件，如内装饰件( 仪表板、车门内板、座椅、发动机罩等);外装饰件( 保险杠、挡泥板、导流罩等);功能与结构件( 天然气气瓶、油箱、风扇叶片、油气踏板等)。为适应轻量化的要求，欧美等国家中重型卡车外包覆件几乎都是复合材料制造的。在很多名牌汽车上，使用玻璃纤维及其复合材料的也有很多，如美国林肯大陆使用的SMC 发动机罩、保险杠、后部行李箱盖、玻纤增强PET 空调管、排气门;美国凯迪拉克赛威的玻纤增强PPO 后窗下部件;美国道奇Interpid ESX2 跑车的玻纤增强PET 车身板; 法国Envivo的玻璃钢天然气瓶; 英国TVRChimaera 跑车选用玻璃钢作车身。在中国，大型、豪华客车中应用玻璃钢较多，如厦门/苏州金龙、西沃、安凯、郑州宇通、

汽车中的复合材料

复合材料在汽车中的应用一、汽车用复合材料简单概述随着全球能源危机、环境污染等问题的重视，汽车对于重量、噪声、耗油等方面的要求的越来越高。另一方面，高档轿车的附加功能越来越多，又会增加轿车质量。汽车的轻量化会可以降低油耗、节约能源、保护环境、改善汽车性能。图一展示了各类不同汽车的车重和它们的百公里油耗对比情况。从图中可以看出汽车车重平均减少100 kg，汽车的百公里油耗减少0.7 L。值得提醒的是，汽车部件的能耗可以从三个方面考察：原材料能耗、加工能耗和运载能耗，图一所示的只是运载能耗。汽车轻量化设计最有效的途径就是更换新材料。在现代的众多材料之中，聚合物基复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳、成本低、减振和降噪性能良好、耐腐蚀和尺寸稳定等优良性能，生产耗能只有钢材的 50%-60%，是Al、Mg材料的70%-80%，其实不仅是聚合物基复合材料具有以上几点特点，用复合材料替代传统材料，普遍表现出质量小、耐腐蚀、易修补、噪声小、燃油消耗低、成型工艺方便、易回收利用，已广泛应用与制造汽车车身、车门、发动机罩、油底壳、保险杠、板弹簧和驱动轴等。例如：美国的Pontiac Fiero轿车采用纤维增强塑料车身，车重减少了80%。下面概述一下各种复合材料在汽车上面的应用。图一：汽车能耗与重量关系金属基复合材料在汽车上的应用：目前应用与汽车工业的金属基复合材料主要有Al或Mg基的颗粒或者短纤维增强的材料，特点是：比强度和比刚度高，耐磨性好，导热性好，热膨胀系数低。金属基复合材料适合制造汽车的制动器耐磨件，如制动盘等。现在的汽车制动盘大多采用铸铁制造，但是用铝基复合材料替代铸铁可以减重50%-60%，同时制动距离短，提高导热系数，制动过程中的大量的热量能够散发出去，提高了抗热震性能。在反复连续制动的工况下表面温度基本维持在450℃，而铸铁刹车盘表面温度高达700℃，此外，摩擦系数更为稳定。金属基复合材料还广泛用于制造轻质连杆和活塞。如：四缸发动机具有良好的燃油经济性能，但是当其排量大于2.0L时，做循环往复运动的连杆和活塞装配件将因平衡不稳定产生有危害性的振动附加力，用复合材料就能提高构件的刚度，解决这一问题。树脂基复合材料在汽车上面的应用：树脂基复合材料也称为纤维增强塑料，它以合成树脂伟基体，以纤维（玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等）为增强材料。玻璃钢是目前汽车上应用最多的树脂基复合材料，常见的有：聚苯乙烯玻璃钢、尼龙玻璃钢、聚酯树脂玻璃钢等。碳纤维增强塑料是汽车轻量化最理想的材料，用它替代钢可减重68%，减低油耗40%，还有非常好的耐疲劳性能和耐久性。但是，它的成本太高，目前不能实现批量生产。专家推测，只有碳纤维的成本降到6.6-11美元/kg之间时，才有可能在汽车工业中推广使用。芳纶纤维增强的复合材料比强度、比模量很高，广泛用于航空航天、舰船领域，同样因

碳纤维复合材料在汽车车身上的应用及主要制造工艺

一、未来汽车工业为什么用复合材料复合材料可以减轻车身重量，降低油耗，减少尾气排放，提高装载量；其抗冲击性强，能量吸收能力强，可以非常好地改善汽车的安全性能，F1上大量使用碳纤维，就是一个最好的证明；复合材料的可设计性灵活，可视的碳纤维外观使汽车造型更加美观时尚；其抗疲劳、耐腐蚀性能好，可以延长车身寿命，这一特点在航空航天领域得到普遍认可。二、复合材料在汽车上的应用复合材料在汽车上主要可应用于发动机罩、翼子板、车顶、行李箱、门板、底盘等结构件中。碳纤维最初主要应于赛车当中，随着车用复合材料技术地不断成熟发展，现在也被广泛地应用于超级跑车和高价值民用轿车上。在商用车应用上，也逐渐从重型卡车中，广泛地延伸到大巴车和轻型小卡。 1、主承载车身结构件为了确保足够的安全性能，在主承载车身结构件上汽车厂商通常要选择强度，刚性及耐冲击性能均很高的材料用于制作主承力结构件，这时环氧树脂碳纤维增强复合材料就成为理想的材料选择。环氧树脂碳纤维增强复合材料具有可设计性，质轻高强，与同体积的铝合金构件相比减重可达50%，耐冲击，耐腐蚀，抗疲劳, 材料寿命长，此类材料制作的主承载车身结构件，不仅大大提高了汽车的安全性，而且降低了车重，减少了燃油消耗，提高了经济性，另外还改善了美观性。 2、次承力结构件次承力结构件主要包括：车门，发罩，行李舱门，前后杠，翼子板，扰流板等部件，其结构大都为层合实体结构和复合材料三明治夹心结构。三明治结构特点：蒙皮选用高强度高模量材料制作，承受较大的弯曲负荷；芯材选用一定刚度和强度的低密度材料，其抗剪切性能突出，可承受较大的冲击载荷；胶结层将蒙皮和芯材连接在一起，承受剪切应力；由于选用低密度芯材，重量会进一步降低。三、用于制作车身结构的主要制造工艺 1、预浸料袋压/热压罐(Autoclave) 该工艺是将纤维预先被树脂浸润，制成半固化态材料，过程中纤维和树脂含量是可控的，采用手工积层，干法操作，易于施工，环境友好。成型制品表面精度高，孔隙率低，品质高，由于采用热压罐加压固化，层间结合紧密，机械强度优。目前是应用最广泛的工艺，是高端复合材料必备工艺，其材料需要低温运输和储存。工艺流程：根据铺层设计和工艺规范在模具上手工逐层干法铺贴；制袋密封，使其内部处于真空并产生负压，消除气泡；送入热压罐，在一定的温度、压力、时间下固化成型。 2、树脂传递模塑(RTM)

复合材料在汽车上应用的部位及必要性

玻璃纤维知识 1、复合材料在汽车的应用部位在巴黎JEC复合材料展览会上，我们可以看到，复合材料在汽车上得到广泛应用，按功能分可分为结构件、装饰件和功能件；按部位可分为车身、底盘和座舱等，可具体细化为翼子板、车顶板、底盘、行李箱板、门内板、轮毂、引擎罩、避震弹簧、传动轴结构加强和耐热件等。 2、复合材料在汽车上应用的必要性全球气温变暖，自然灾害的不断出现，2009“哥本哈根会议”已成为大家关注的主要话题，各国在节能减排上都在不懈的努力，减少碳的排放将是未来发展的主流，空客A3800的复合材料应用超过40%，波音B787复合材料已占总重量的50%以上，空客宽体运输机A400m复合材料的用量也近40%，这次展出的奥地利钻石公务客机，机身几乎全部使用了碳纤维复合材料，它们将比传统的飞机节省燃料20%以上。作为材料行业中的贵族材料-碳纤维在航空、航天、军事、医疗放射用床板等领域的广泛应用，汽车行业也不甘落后，此次展出的跑车兰博基尼，碳纤维复合材料几乎覆盖了除电器、玻璃以外的全部车身和零部件，有资料显示车身仅重380KG，这为汽车减轻重量，降低油耗，减少尾气排放，提高装载量，提高抗冲击性，吸收能量，改善安全性能，提供了有力保障。资料表明F1赛车已取得证明碳纤维复合材料可使设计性更灵活性，功能件和结构件的有机相结合，可减少零部件。碳纤维增强复合材料正在成为未来在高性能汽车业的关键因素。从展示的兰博基尼（Lamborghini ）supersportscars来看，在装饰上，碳纤维提供了一个极其个别的高科技美感，并从航空业证明，碳纤维复合材料在抗疲劳，耐腐蚀，延长车身受命

碳纤维增强复合材料在汽车上的应用终结版综述

碳纤维增强复合材料在汽车中的应用摘要随着汽车工业的飞速发展，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。汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，寻找较轻且性能良好的材料代替钢制汽车零件成为一个重要的研究方向。碳纤维增强复合材料具有强度高、重量轻、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点，碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能，是当前汽车材料轻量化的重要研究发展方向之一。本文介绍了碳纤维增强复合材料的特点、成型工艺及在汽车行业的应用情况，以及碳纤维增强复合材料在汽车应用中存在的问题。关键词：碳纤维增强汽车应用

1 前言现在社会汽车已成为人民出行必不可少的交通工具，在汽车给人类带来方便的同时也给环境带来了污染，汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，美国能源部相关研究表明，美国现有的汽车，如减重25％，每天可节省750,000桶燃油，每年二氧化碳的排放量可减少1.01亿吨，因此汽车轻量化已成为汽车工业技术发展的重要方向。除了对汽车各种零部件结构进行优化设计和改进外，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、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。碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料，是目前最先进的复合材料之一。它以其质量轻、强度高、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗腐蚀材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料，同时也受到汽车工业广泛重视，碳纤维增强复合材料在汽车方面主要是汽车骨架、缓冲器、弹簧片、引擎零件等，早在1979年，福特汽车公司就在实验车上作了试验，将其车身、框架等160个部件用碳纤维复合材料制造，结果整车减重33％，汽油的利用率提高了44％，同时大大降低了振动和噪音。碳纤维具有比重小、强度高、模量高、耐腐蚀等特点，可用于制造碳纤维增强聚合物、金属、陶瓷基复合材料，是先进复合材料最重要的增强体。碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能。本文将简述碳纤维增强复合材料的性能特点，及其在汽车工业应用的前景和存在的问题。由于碳纤维增强复合材料的价格昂贵，严重影响其在汽车工业中的应用。因此，发展廉价的碳纤维和高效率碳纤维增强复合材料的生产方法和工艺已成为汽车轻量化材料研究中的关键课题，美国、日本等已将其列为汽车轻量化材料的研究计划。

高分子复合材料在汽车中的应用

内容提要一、简述二、定义三、特性四、常用种类和用途五、发展与展望六、应对举措

汽车工业是我国国民经济的重要支柱产业之一，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当今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，也是国际先进汽车制造商所追求的重要目标。据估计，汽车重量每减轻10%，就会节省6%～8%的燃料。采用高分子复合材料制造汽车相关部件，是使汽车轻量化最有效的途径。

复合材料：是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。高分子复合材料：由高分子材料和另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合粘结而成的多相固体材料。其最大优点是博各种材料之长，如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质。

高分子复合材料加工方便模具简单可塑性好绝缘性好生产期短成本低耐腐蚀

SMC：Sheet molding compound的缩写，即片状模塑料。主要原料由SMC专用纱、不饱和树脂、低收缩添加剂、填料及各种助剂组成。主要用途：悬架零件，前、后保险杠，仪表板，车身及车身部件，硬壳车顶，防滑地板，阻流板，遮阳罩，发动机罩，发动机盖下部件，导风罩，进气管盖，风扇导片圈，发动机隔音板，车内装饰部件，车门把手，仪表盘，转向杆部件等。富康后扰流板卡车前保险杠大众EOS后盖

汽车复合材料的定义

汽车复合材料的定义、分类和基本特点汽车复合材料具有“结构物”的本质，即它首先是结构，其次才是材料。因此，要充分发挥汽车复合材料的优势从而推进其在汽车中的广泛应用，必须首先对汽车复合材料的定义、分类和基本特点有一个清晰的了解和认识。尽管纤维增强树脂基复合材料（以下简称“复合材料”）的诞生至今已有76 年的发展历史，世界首辆复合材料车身的汽车Chevrolet Corvette诞生也有55 年的历史，在适应汽车工业发展的需求中汽车复合材料技术也不断得到了进步和新的突破，从而在汽车中的应用越来越广泛。但是，一个不容忽视的问题是，汽车复合材料的推进工作在汽车制造业中相对于其他轻量化材料仍然进展缓慢，起伏跌宕，这一问题在我国汽车制造业中尤为突出。究其深层次原因，其中很重要的一点是，我国汽车行业的企业家、工程技术人员和用户，包括目前汽车复合材料的部分从业人员对复合材料缺乏正确的认识。针对复合材料行业特有的认识问题，我国著名的复合材料专家张汝光教授曾经多次撰文并在不同的会议场合上大声疾呼：要正确认识复合材料！对此，他曾列举了一个例子：1988年，美国国会技术评价局发表了一份供政府决策指导的300多页的研究报告，报告题为“可设计的先进材料（指复合材料）”。编者在“影响先进材料更广泛应用的原因”一节中指出，要实现先进材料的更广泛应用，不仅仅要解决好技术方面的问题，还要设法改变包括研究人员和用户等在内的人的观念问题，因为人们总是习惯于用更适合于常规材料的观念来考虑问题。这个例子很能说明问题，也值得大家反思。张教授指出，“习惯于用更适合于常规材料的观念来认识复合材料”是影响复合材料广泛应用的主要原因。众所周知，美国是世界上复合材料应用最广、用量最大以及技术最先进的国家，但他们仍然认为，还是不能正确地认识和看待复合材料，这是影响复合材料发展的重要原因。因此，对于复