复合材料在汽车领域中的应用

一、成型工艺
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，
本次就汽车复合材料主要且常用的3种加工工艺和
复合材料助汽车工业腾飞
汽车为适应现代社会的需要，正朝着轻量化、安全、节 能、高速、低公害和长寿方向发展。汽车轻量化的目的是节 能和减轻排放污染。同时环境保护已成为可持续发展战略必 不可缺少的条件．而复合材料的发展趋势正朝着延长使用期 以及可再生的方向发展。 复合材料是由两种或两种以上不同的材料通过各种工艺 手段组合而成．各个组成材料在性能上起协同作用．得到单 一材料无法比拟的优越的综合性能。它具有刚度大、强度高、 质量轻等特点，可根据使用条件进行设计和制造．以满足各 种特殊用途．从而极大地提高了工程结构的性能。总得来说， 复合材料具有以下功能：① 比强度和比模量高。②化学稳定 性优。③减摩、耐磨、自润滑性好。④ 高韧度和高抗热冲击 性、耐热性好，并具有导电和导热性。
在汽车领域的应用
主讲：刘伟 小组成员：张玲、陈艳华、贺诗阳、刘闯宇、 梁洁、汤科、李凌琰、彭双庆
复合材料
全球汽车制造商的发展现状
目前，全球汽车和卡车制造商都更为迫切 面临的同一个问题：生存。全球经济衰退， 无数工厂破产，裁员，降低生产数量。根据 汽车数据公司报告显示，2008年，美国轻型 卡车和轿车的新车销售量与2007年地区的汽车销量是过去15年以来， 最差的一年，其中，西班牙记录在案的最大 销售跌幅达到了-28.1%，在英国达到11.3% 的跌幅。
二、材料选择
1、树脂
*不饱和树脂的重要应用领域——汽车 汽车行业已经成为不饱和树脂未来最具发展潜力的下游领域 之一。目前无论是发达国家还是发展中国家，玻璃钢/复合材料 已经在汽车中广泛应用，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； 应用部件涉及汽车的各个部分，可以说从车头到车尾，从外饰件 到内饰件，从车门、车窗到车盖到处都有汽车复合材料的应用。
技术做一初步介绍。
手糊成型工艺(Hand Layup Molding)
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。 手糊成型工艺的缺点是生产效率低， 生产周期长，工作环境差，因此对于大批 量车型的产品不太适合。此外，由于这种 工艺与操作人员的技能水平和制作环境条 件有很大的关系，受此影响，在我国，由 手糊成型工艺生产的汽车零部件的质量往 往不够稳定，从而影响了汽车复合材料的 声誉。
图3 喷射成型工艺示意图
图4 喷射成型工艺流程
模压成型工艺 (Compression Molding)
复合材料生产中最古老而又富有无限活力 的一种成型方法。它是将一定量的预混料 或预浸料加入金属对模内，经加热、加压 固化而成型的一种方法，如图12所示。模 压料的品种有很多，可以是预浸物料、预 混物料，也可以是坯料。当前常用的模压 料品种有：热固性复合材料，包括SMC、 BMC和TMC等；热塑性复合材料，包括 图5 模压成型工艺示意图 GMT、D-LFT和G-LFT等。 优点：生产效率高，便于实现专业化和自动化 大批量生产；产品尺寸精度高，重复性好；表 面光洁，无需二次修饰；能一次成型结构复杂 的制品；由于可批量生产，因此价格相对低廉。 不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上 受压机限制，使其更适合于生产中、大批量的 汽车复合材料制品。 图6 SMC模压成型工艺流程
2、车用热塑性复合材料
车用热塑性复合材料种类：1.玻璃纤维毡增强热塑性复合材 料（GMT）；2.长纤维增强热塑性复合材料（LFT）；3.天然 纤维增强热塑性复合材料（NMT）；4.碳纤维增强复合材料
2、增强材料
*碳纤维引领汽车“瘦身革命” 目前，阻碍碳纤维在汽车领域商品化的关键因素是制造成本。 不过，随着碳纤维行业的不断成熟与发展，以及节能减排和汽 车轻量化大方向的指引，碳纤维材料或成汽车界“瘦身革命” 的领导者。可以预见，碳纤维轻量车身必将掀起一股新的变革 潮流，一个新的市场突破点正在形成。 *目前主要车用非织造材料仍是玻璃纤维 目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、 石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价 比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。 *天然纤维复合材料在汽车工业的应用 大麻、黄麻、兰麻、剑麻、亚麻、棉花、竹子纤维、椰壳纤 维、香蕉纤维、芦苇等速生天然纤维具有较高的机械强度，因 而在汽车上具有较好的应用前景，这方面已经有了大量的研究。 尽管天然纤维拉伸强度比玻璃纤维要低，但其比机械性能尤其 是比模量可以和玻璃纤维相媲美。
图1 手糊成型工艺示意图
图2 手糊成型工艺流程
喷射成型工艺(Spray Up Molding)
将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分 别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤无 捻粗纱由喷枪中心喷出，使其与树脂在空 间均匀混合后沉积到模具上。沉积到一定 厚度时，用压辊滚压使纤维浸透树脂，排 除气泡，在经常温固化后成型为汽车复合 材料制品。喷射成型工艺是在手糊成型工 艺的基础上发展起来的。由于该工艺是借 助于机械的手工操作工艺，因此也被称为 “半机械手糊成型工艺” 。图4所示为该 工艺的工艺流程。缺点：产品的均匀度在 很大程度上取决于操作人员的操作熟练程 度；喷射成型的树脂含量高且增强玻纤短， 因而制品强度较低；阴模成型比阳模成型 难度大，小型制品比大型制品生产难度大； 生产现场工作环境恶劣，环境污染程度一 般均大于其他的工艺方法；初期投资比手 糊成型工艺大。