复合材料在汽车工业中的应用

    摘    要:本文概述了IVECO车复合材料应用实例和主要的材料性能。介绍了国内和国外车型复合材料的应用概况,并提出对国内复合材料发展有待解决的主要问题和设想。
1   前言
  随着科学技术的发展,具有轻质、高强度、耐腐蚀、易合成型等优点的非金属材料越来越多的取代传统的金属材料在汽车上得到了应用。在汽车工业中非金属材料有塑料、橡胶、磨擦材料、涂料、胶粘剂、复合材料、玻璃、纺织材料、密封材料、润滑油等。其中汽车用复合材料在汽车工业中越来越得到广泛的重视和应用,下面就IVECO车型和国内外其它车型研制、开发复合材料的状况介绍一下,供大家了解应用前景。
2    IVECO系列车型的复合材料制品
2.1  高顶顶盖
  IVECO系列车的高顶顶盖是该车型的一大特色,是用复合材料制做,采用胶粘剂与车身粘接在一起。可以使驾驶车身内增加空间,乘客可以在车身内直立行走,行李架、内照明、冷、暖空调出风口的合理布置,充分体现了以人为本环境中。下面介绍材质性能对比。
    


     因引进的的意大利产品,没有高顶顶盖的材质指标,为了国产化的需要,我们剖析了进口样件,并进行了材质主要性能的对比,证明宜兴市玻璃钢总厂研制、开发的高顶顶盖,其材质优于进口样品,用高性能和高质量和材质制做高顶顶盖。从而保证其强度和刚性。
 为了解决意大利产品的早期发黄问题,宜兴市玻璃钢总厂与汽研所共研制了九种配方,进行了氙灯老化试验,九组配方置于同一氙灯老化试验箱内,以保证在同一工况条件下进行对比试验。
  试验方法按GB9344,
  试验条件:
  黑板温度:63±3℃
  相对湿度:70±5%
  氙灯连续照射:每照射120分钟周期中包括18分钟喷水,水压0.3~1.3kg/cm2,
     水质PH值6~8
  IVECO车原件经300h的ΔE全部在标准值ΔE≤3NBS以上,小为3.99;大为11.09;而宜兴玻璃钢总厂提供的九种试样经过508h后全部在标准值以内,少为0.54,大为1.96,说明改进IVECO车高顶顶盖材料所能选择的配方余地较大。通过筛选试验,可以用好的配方使用在IVECO车高顶顶盖上,以延长老化时间。实践证明,装车的IVECO高顶,没有发现早期发黄的现象。
2.2    前保险杆
  IVECO前保险杆是采用S.M.C压制成形,该保险杆是目前引进车型唯一采用S.M.C材料,重约18Kg左右,其材质主要性能应符合IVECO的标准要求,有如下指标:


  除了上述2个大件采用复合材料外,在IVECO的前窗左右护板原设计是采用BMC,前大灯的灯碗也采用BMC材料。
3    国内、外其它车型采用复合材料的状况
3.1    国内车型采用复合材料的状况
 随着汽车工业的发展和日益竞争的需要,国内的汽车工业都相继开发应用复合材料来制做产品,并越发得到普遍的推广和实际应用。采用SMC模压成型和手糊工艺成为主体的制做方法。国内汽车厂使用状况如下:
 一汽集团重型平头前保险杆采用SMC材料;二汽集团中型平头车的翼子板采用SMC材料;南汽集团轻型卡车的轮眉采用SMC材料,英格尔轿车的后导流板和乘用车优尼柯的前导流板采用手糊玻璃钢材料;春兰中型车的前导流板和吉利轿车的前、后保险杆、后导流板采用手糊玻璃钢材料;由于复合材料具有较高的比强度、比刚度和比吸能性等优点。国内的军工企业,近年来相继开发成功了多种型号的玻璃纤维和芳纶纤维复合材料用于运钞车和防暴车,此外还研制了透明防弹板和人体防弹材料,用于汽车观察部位和驾驶员自身防护;由于汽车行业的环保意识和能源危机意识的日益加强,促使开发天然气燃料汽车,在广州、深圳等地已用复合材料做贮罐。近年来,国内的汽车行业与有关院、校开发研制GMT(玻纤毡增强热塑性片材)制做汽车仪表板的骨架等部件。
国内有势力的玻璃厂为了适应汽车工业的发展需要,相继添置了大型压制设备形成        SMC压制成形的生产线。宜兴市玻璃钢总厂已建成SMC的生产线,并已批量生产汽车产品,其后继涂装生产线已配套建成。nbsp;    3.2 国外车型复合材料使用状况。
 进入八十年代以来,许多著名的汽车制造商投入大量人力、物力开展了复合材料技术和先进复合材料在汽车工业的应用研究,复合材料也从制造简单的汽车非承力件进入制造承力件。进入八十年代后期,由于各国对汽车节能和环保意识的提高,要求汽车能耗低、安全可靠、机动性强、乘坐舒适、美观等需求,并先后研制成先进复合材料驱动轴、扳簧和全复合材料车身等投入市场,产量也迅速增长。据有关材料统计报道,美国1994年汽车制造业消耗各种类型的复合材料约为4300万吨,1995年增长4%,约为4470万吨;热固性复合材料SMC、BMC为主要部分,目前已实用化的SMC汽车部件375件,1996年又增加了80种,用量为11万吨,主要复合材料部件见下表。

 

 
  另据报道,GMT片材的成本较低,加工工艺简便,可流动模压具有加强筋等结构复杂的汽车部件,如发动机罩、椅骨架、电池托架等,1987年西欧GMT片材产量为2.5~3万吨/年,预计未来十五年将达到7.5万吨/年。
 综上所述,由于复合材料应用于汽车工业是在国内引进车型国产化中不断的应用和发展起来的,较发达我们起步较晚,尚有许多问题还有待解决。目前应先设法降低高性能纤维原材料的价格,其次是研究开发出可使产品质量更稳定、生产效率更高、成型加工费用更低的新工艺。现在的复合材料成型不限于手糊、模压、缠绕等,新的工艺方法如RTM、RRIM、滚动模压SMC成型、拉挤、热压罐等相继出现,大大改善了复合材料的结构、性能,提高了成型速度和制造质量,加速了 复合材料在汽车上的实用化进程。相信,随着我国汽车工业发展的需要,将会开发出各种性能的复合材料来适应汽车工业的需求。