先进复合材料在汽车上的应用
1.玻璃钢的应用
以玻璃纤维为增强体的复合材料即玻璃钢为复合材料的重要品种之一,在汽车工业中早有应用,且应用近年来呈逐渐上升之势。美国早于上世纪50年代中期开始了这一进程,如1953年美国的通用汽车公司研制了一个全玻璃钢复合材料的跑车Corvette,此后玻璃钢被 广泛应用在汽车的顶盖、前端框架、后举门、前后保险杠、前后翼子板、挡泥板、座椅骨架、底部护板、车门、进气岐管、散热器罩等结构和功能部件上。据知国外玻璃钢总产量的30%左右要用在以汽车 为核心的交通运输领域。我国亦早于上世纪50年代始即开始了玻璃钢在汽车上的应用。80年代后北京汽车公司率先制造了玻璃钢车身,90年代末珠海公牛高性能复合材料有限公司研制了一个全玻璃钢轿车,并在西安投入量产,还在湖北二汽作了整车碰撞试验,据说防撞效果优于金属的。山东武城制造过齐鲁牌全玻璃钢面包车,据说仅山东武城就有相关企业600多家,规模可见一斑。现在玻璃钢已广泛用在我国的各种轿车、客车、货车和特种汽车上,除了有“北京汽车玻璃钢有限公司”等多家专门企业外,各大汽车生产厂家内部多建有专门的复合材料生产车间部门,应用呈逐渐上升的态势。欧洲用量已达车体质量的15%左右,我国仅为其半,还有较大发展空间。
但是玻璃钢的模量低,刚度不足,不能用于主承力结构,故在定义上不属于先进复合材料,亦不是本文介绍的重点。下面本文将重点介绍以碳纤维为增强体的先进复合材料在汽车上应用的国内外新情况。
2.先进复合材料的应用
先进复合材料由于其自身独具的强度,刚度特性可以挑战钢用于汽车的主承力结构,如受力骨架,车顶、底盘、侧板、车门、帽罩、保险杠、翼子板、轮毂、传动轴以至板簧等部位,车种则包括赛车、高档跑车、轿车、客车、货车及各种特种车上。如F―1赛车的车体结构的75%即由碳纤维复合材料制成,采用硬壳式结构(Monocoque),整体成型,提高了加减速性能和安全性能。美国GM公司的Ultralite全复合材料高档运动车,得竞赛冠军的太阳能赛车等均由先进复合材料制成。现上已有多台全复合材料轿车问世,典型的如意大利研制的K200 Road 双座全复合材料汽车,车体重仅300kg,号称上轻的双人座轿车。该车采用整体成型技术,连接件镶嵌在车体内,用热压罐法一次成型。荷兰人甚至研制了一个全复合材料超级巴士(Superbus),该车15×2.5×1.5m,可乘24人,双侧各有8个门上下方便。该车为―电动车,车速达250km/小时,环保无污染。其主用材为T700―12K/环氧树脂,采用真空辅助树脂熔塑法成形(VARI),其结构设计与制造极类似于飞机的情况,英国AXON汽车公司研制了一个碳纤维的节能汽车,较钢制车减重40%,油耗为35km/升,车速可达140km/小时,价格不高于金属车,计划2010年投入量产。复合材料制传动轴和板簧可较对应钢制件减重50―60%,且有更好的减震阻尼特性,据说欧洲和日本有较多的应用。碳碳基和陶瓷基复合材料还可用作高档赛车和轿车的刹车盘。欧洲的EADS等公司还研制了汽车轮毂等制件。复合材料可生产出光滑亮丽的A级表面,甚至无防护涂层即可应用。
美国专门成立有“汽车复合材料联盟”ACA(Automotive Composites Alliance),系美国复合材料制造协会(ACMA)下属的一个工业联盟。其系统地研究了先进复合材料在汽车上应用的典型部件减重和成本情况,以及防腐、震动、噪音等方面的改进情况,结果认为大有效益,值得继续深入研究。其主要结论列于表1中;
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表1典型部件效益特性 | ||||
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序号 |
部件名称 |
减重 |
模具成本下降 |
附注 |
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1 |
帽罩(Hoods) |
30~40% |
70% |
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2 |
挡泥板(Fenders) |
25~35% |
55~65% |
4块变成1块 |
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3 |
上盖(Decklids) |
25~30% |
50~60% |
4块变成两块 |
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4 |
电池组件(Battery modules) |
30% |
50% |
电性能有提高 |
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5 |
地板(Fkoor Pans) |
30-40% |
60% |
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6 |
行李箱(Trunk Compartments) |
50% |
70% |
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7 |
前后保险杠(Bumper beams) |
30~40% |
50% |
改进了抗震性能 |
先进复合材料另一个重要应用领域是压缩天然气瓶、储氢罐。出于环保要求,上包括均大量使用天然气汽车(NGV),过去压缩天然气(CNG)均装于钢瓶内,要跟汽车跑一辈子。现为减重起见,多已改用了复合材料瓶,由铝内胆缠绕以碳纤维制成。国内生产该类产品的企业不下10多家,用量之大可见一斑.








































