汽车轻量化研究

2014年汽车复合材料应用研讨会
涉及前端模块、侧门模块、后尾门骨架、备胎舱、座椅骨架、 仪表板骨架、顶棚、底护板和发动机罩盖等部件
2014年汽车复合材料应用研讨会
目前，国内普遍选用机盖板、 保险杠、后备门、传动轴等部 件，开展碳纤维应用。 选用环氧树脂基材料，以 RTM、真空导入等工艺生产的 连续碳纤维增强材料。
2）交变条件下复合材料动态特性及其应用技术；
2014年汽车复合材料应用研讨会
以汽车用进气歧管用复合材料为例，从材料、工艺等方面分析：
考虑因素 单体 混30%玻纤的尼龙6 聚合己内酰胺 混30%玻纤的尼龙6/6 凝聚己二胺、己二酸
回收
结晶度 对油、燃油、溶剂的耐化学性
化学解聚
较低 较差
机械回收-非解聚
较高 较好
然而对强酸和苯酚有较差的耐性
耐气体渗透性 燃油蒸汽（mg-mm/㎡-天） 熔化温度 非晶形 非常好 5 210-220℃ 40℃ 极好 1 250-265℃ 50-60℃
同时，国内外材料企业，正
在开发以注塑工艺的PP、PA等 热塑性的碳纤维增强材料
2014年汽车复合材料应用研讨会
Summary of High Development Body Structure Mass Reductions
2014年汽车复合材料应用研讨会
塑 料 料 的 优 势
密度小、重量轻、耐腐蚀；
耐冲击强度高，吸能性好； 设计自由度高、可设计集成； 材料易回收，可重复利用；
成型工艺简单，制造成本低。
塑料复合材料与金属等其它汽车材料相比具有重量轻、耐
腐蚀等优势，符合汽车用材发展趋势。因此，塑料及其复合材 料作为轻量化材料在汽车工业中有着非常广阔的应用前景。
2014年汽车复合材料应用研讨会
碳纤维复合材料 172
碳纤/玻纤复合材料
193.6
玻纤复合材料
241.3
钢
367.9
Leabharlann Baidu
车身侧围
底板
横梁
横梁
车顶
各种材料车身质量对比
塑料复合材料越来越多的用来替代传统金属材料，成为实现
汽车轻量化用材主要趋势之一。
2014年汽车复合材料应用研讨会
复合材料一个重要特点——集成性，如下图，选用复合材料 代替传统的冲压成型技术，可以将多个零部件集成，以汽车前端 模块为例，可将10多个件，集成1个，采用一次性注塑或模压成形。
2014年汽车复合材料应用研讨会 汽车零部件生产一般流程如下图所示：
2014年汽车复合材料应用研讨会
近年来，国内复合材料发展比较迅速，如杰士杰、俊尔等一大 批企业均已开发热塑性复合材料，国内材料企业、高校等机构对应 用技术研究还需要进一步完善： 1）材料基础数据很不完善，目前，供应商提供的材料数据，仅 限于一般的力学性能、环境特性及工艺参数等； 2）高速材料性能数据、增强材料与基体材料模型、长/短纤维 流动特性及分布的一般规律等基础数据缺失。
焊接张力
爆破压力
83MPa
较高、较好
70-75MPa
较低、较差
2014年汽车复合材料应用研讨会
纤维材料模型
混合材料
均匀化 基体材料模型
各向异性
材料模型
有限元模
型及分析
散乱分布 焊接 接口
的玻纤
2014年汽车复合材料应用研讨会
复合材料零部件在使用过程中，受到应力场、温度场等复杂 工况条件，该环境下材料的服役力学如疲劳性能、蠕变性能等需 要系统研究： 1）零部件整体的服役性能数据和服役性能评价方法；
2014年汽车复合材料应用研讨会
复合材料在乘用车上应用
杨 洁
目 录
1
2 3
复合材料在乘用车上应用 复合材料优势分析与技术发展趋势
复合材料应用中技术问题与探讨
2014年汽车复合材料应用研讨会
在欧盟2000/53/EC指令（ELV）已明确要求，针对M1、N1类 车2015年整车回收利用率要达到95%。 我国也将在2013年实施的汽车回收利用法规中，要求M1、 N1类整车回收利用率85%。 我国也将在2013年实施的汽车回收利用法规中，要求M1、N1 类整车回收利用率85%。 为了满足汽车回收法规要求，乘用车企业普遍采用热塑性复合 材料，如玻纤增强的PP、PA材料
2014年汽车复合材料应用研讨会 英国莲花公司汽车材料用材发展规划与趋势，其中明确 了复合材料发展方向。
Resourse: An Assessment of Mass Reduction Opportunities for a 2017 – 2020 Model Year Vehicle Program
2014年汽车复合材料应用研讨会
1.8MPa下热变形抗阻 拉伸强度 拉伸模量硬度基本与其一致 密度g/cm3 高耐冲击性基本一致 200℃ 160-170MPa 10GPa 1.36 10 KJ/㎡（23℃） 8 KJ/㎡（-40℃） 吸水性 物理特性。潮湿环境下会降低 随吸水量大影响增强 焊接 1.4% 较差 较好 较好 235℃ 155-165MPa 略大于10GPa 1.34-140 8 KJ/㎡（23℃） 8 KJ/㎡（-40℃） 0.8-1.1% 较差 较好 较差
2014年汽车复合材料应用研讨会
德国在国家层面上规划的新能源汽车的多材料路线为（超） 高强度钢、镁合金、铝合金、玻纤和碳纤复合材料：
资源来自：中国汽车参考（2011年12月）
2014年汽车复合材料应用研讨会 高效、节能、短周期、低成本是复合材料成形技术重要 发展方向，经过前期分析，采用在线注塑和在线模压工艺， 可将生产周期降低30%以上，成本降低10%以上。
1.2 1.0 0.8 0.6
Normallised Property Level
M o d u lu s Stren gth Im pact
0.4 0.2 0.0 0.1 1 .0 Le ngth (mm ) 10 .0
Pro cessing
10 0.0
Source: innovation for living composite solutions
2014年汽车复合材料应用研讨会
目前汽车常选用玻纤增强热塑性复合材料，其中以长纤维玻纤
复合材料为主。
Short Fiber Injection LGF PP Long Fiber Injection
Long Fiber Compression DLFT & GMT Continuous Fiber