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玻纖增強復合材料在汽車上的應用
發布日期:2018-11-06  來源:玻纖情報網  瀏覽次數:432
 
      汽車上使用的非金屬材料包括塑料、橡膠、粘接密封膠、摩擦材料、織物、玻璃等各種材料,涉及石化、輕工、紡織、建材等相關工業部門,因此非金屬材料在汽車上應用的如何,反映了一個國家經濟和技術綜合實力,同時也包含了一大批與之相關產業的技術開發及應用能力。

目前汽車上應用的玻璃纖維增強復合材料包括:玻璃纖維增強熱塑性材料(QFRTP)、玻璃纖維氈增強熱塑性材料(GMT)、片狀模塑料(SMC)、樹脂傳遞模塑材料(RTM)以及手糊FRP制品。

目前汽車上使用的玻纖增強塑料主要有:玻纖增強PP、玻纖增強PA66或PA6以及少量PBT、PPO材料。

增強PP主要用于制作發動機冷卻風扇葉片、正時齒帶上下罩蓋等制品,但有些制品存在外觀質量不好、翹曲等缺欠,因此非功能件逐漸被滑石粉等無機填料添充PP所替代。

增強PA材料在乘用車、商用車上都已采用,一般都是用于制作一些小的功能件,例如:鎖體防護罩、保險楔塊、嵌裝螺母、油門踏板、換擋上下護架-防護罩、開啟手柄等,如果零件生產廠家所選材料質量不穩定、生產工藝采用不當或材料烘干不好,就會出現制品薄弱部位斷裂現象。

塑料進氣歧管是近幾年發展起來的新技術,與鋁合金鑄造的進氣歧管相比,具有重量輕、內表面光滑、減震隔熱等優點,因此在國外汽車上得到廣泛應用,它所用的材料全部是玻纖增強PA66或PA6,主要采用熔芯法或振動摩擦焊法,目前國內有關單位已經開展此方面研究并取得階段性成果。

隨著汽車對輕量化及環保的要求,國外汽車工業越來越傾向于使用GMT材料以滿足結構部件的需要,這主要是因為GMT材料具有韌性好、成型周期短、生產效率高、加工成本低、不污染環境等一系列優點,被視為21世紀材料之一,主要用于生產乘用車多功能支架、儀表板托架、座椅骨架、發動機護板、蓄電池托架等,一汽大眾目前生產的AudiA6,以及A4車已采用GMT材料,但都沒有實現本地化生產。

為了提高汽車整車質量趕上國際先進水平,達到減重、減震、降噪目的,國內有關單位已在八五、九五期間開展了GMT材料生產及產品成型工藝的研究,并具有批量生產GMT材料的能力,年產3000噸GMT材料的生產線已經在江蘇江陰建成,國內汽車生產廠也在一些車型設計上采用GMT材料,并已開始批量試制。

片狀模塑料(SMC)是重要的玻纖增強熱固性塑料,由于它的各項性能優異、可大規模生產和可達到A級表面等優勢,已大量應用于汽車上。目前國外SMC材料在汽車上應用品種又有了新的進展,現在,SMC在汽車上的應用量最大的是車身板,占SMC用量的70%,增長最快的是結構件和傳動器零件,在今后5年內,SMC在汽車上的用量將繼續增加22%~71%,而在其他行業的增長為13%~35%。 

國外應用狀況及發展趨勢

1)高含量的玻璃纖維增強的片狀模塑料越來越多地被應用在汽車結構部件上,在福特1995年兩種車型(Ex-plorer和Ranger)上首次展示它在結構件上的應用,由于它具有多種功能,被廣泛認為在結構設計方面很有優勢,因此推廣應用在汽車儀表板、轉向機、散熱器系統及電子裝置系統。

美國Budd公司模塑的上支架和下支架是利用含40%玻璃纖維的不飽和聚酯復合材料,兩片式前端結構型汽車滿足用戶所需,前端低駕駛室向前,上支架固定在前端頂蓬和前端車身結構上,而下支架配合冷卻系統。這兩個支架相互聯結并配合車蓬及車身結構與前端穩固。

2)低密度SMC材料的應用低密度SMC的比重為1.3,在實際應用和測試中顯示,比標準的SMC的重量輕30%,標準SMC的比重為1.9。使用這種低密度SMC與用鋼制作的同類部件相比可減輕重量大約45%。

美國通用汽車公司的所有克爾維特99型車的內板和新型車頂內飾都使用低密度SMC。另外,還有車門、發動機罩、行李箱蓋等。

美國DodgeVipex車在發動機罩也使用了這種低密度SMC,汽車99型有1/2使用這種材料制作發動機罩,低密度SMC發動機罩比鋼件減輕重量達35%。

3)其他應用SMC在汽車上的應用除上述幾種新的用途外,還用于生產其他一些零件,如:駕駛室門、充氣車頂、保險杠骨架、貨倉門、遮陽板、A和D立柱、車身板、車頂排水管、車棚側橫條、貨車車箱等。其中用量最大的是用于車身外板上。

國內應用概況隨著國內乘用車生產技術的引進,首先在乘用車上采用,主要用于備胎倉和保險杠骨架等,目前還應用在商用車上,如挺桿室蓋板、膨脹水箱、線速夾、大/小隔板、進氣罩總成等。

對國內SMC材料行業的需求

1. 低密度SMC材料的研究,為更好實現汽車減重的目標,國外已開始采用低密度SMC來制作汽車零件,據國外資料報道,比較普通SMC與低密度SMC,發現密度從1.9減小到1.31,拉伸強度從56增至80MPa,彎曲強度從151增至186MPa,彎曲模量從8.8增至10.1GPa,無缺口沖擊從925增至940J/m。從上面數據看出機械性能普遍提高,國外已實際用于生產門框、后頂蓋裝飾、發動機罩等產品。

2. SMC的重復利用。在人們的觀念中,熱固性復合材料是不可回收利用的,在今天環保已經被提上議事日程,這不得不考慮SMC使用的前景問題。據資料報道,無論是涂漆或粘接過的SMC都可回收利用,使用回收的SMC制作的零件不影響其性能。一些汽車制造廠家使用回收的SMC制成各種部件,使每個零件重量降低10%。采用全新SMC材料制作的發動機罩重量是9kg,而采用填加25%回收材料制成的發動機罩是8kg。不久的將來,利用回收的SMC制成的保險杠將用在重型商用車上,同時發動機罩、活動式車頂內襯、側板、格柵板以及車身外板等也可利用回收的SMC來制作。SMC的回收利用對我們國內材料同業來說是較新的一項工作,而這是一種重要的需求。

3. 其他方面需求。

a.SMC彩色件的推廣應用,可節省SMC零件的噴涂工序(其中包括前、后處理工序);b.SMC零件A級表面的實現;c.SMC零件低壓成型技術研究。

RTM法是在放入玻璃纖維的封閉模具里壓入樹脂,常溫或加熱固化。RTM法與SMC法相比,生產設備簡單、模具費用低、且制品物性優異,但只適于中小批量規模生產。據悉,目前國外用RTM成型方法生產的汽車零件已推廣到全車身覆蓋件。而國內將RTM成型技術用于制造汽車零件還處于開發研制階段,對原材料的力學性能、固化時間、成品件等指標力求達到國外同類制品的生產水平。目前國內RTM成型法開發研究出的汽車零件有護風罩、后尾門、導流罩、頂棚、保險杠及富康車后舉升門等。

但是如何使RTM工藝能夠更快更好地應用于汽車上,材料對產品結構的要求、材料性能達到何種水平、評判標準、A級表面的實現等問題,是我們汽車行業關注的,也是RTM能真正在汽車零件方面推廣的前題條件。

為什么使用玻璃鋼(FRP)

從汽車制造商的角度來看,FRP與其他材料相比,是十分具有吸引力的替換材料,以SMC/BMC為例:

  ●節省重量

  ●部件集成化

  ●設計自由

  ●投資少得多

  ●讓一體化天線系統成為現實

  ●與E-coat(電子涂裝)兼容(在線顏色定制)

  ●尺寸穩定(低線性熱膨脹系數,與鋼鐵相當)

  ●在高溫條件下仍能保持高機械性能

 
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