玻璃钢／复合材料在我国汽车工业中的应用
北京汽车玻璃钢制品总公司 郑学森
汽车是普遍的代步交通工具，许多均将汽车工业作为其重要支柱工业。轻量、节能一直是国际汽车工业的主题。面对资源和环境等问题的严峻挑战，推进汽车轻量化以降低油耗，一直是汽车工业重要的研究课题。传统的汽车车身材料处于以薄钢板为主的单一状态，不能适应人们追求高速与轻量化的要求，为减轻其质量，改善风阻系数和降低油耗，许多汽车厂家都积极研究和利用新材料以达到上述要求。据报道，汽车质量减少50公斤，1升燃油行驶距离可增加2公里；汽车质量减少10%，燃油经济性可提高5.5%。国内外车身轻量化的研究方向是开发具有较高强度的轻质高性能新材料及设计新的轻量化结构，以塑代钢是实现轻量、节能的佳途径之一。
玻璃钢／复合材料具有加工能耗低，轻质高强，设计自由度大，不锈蚀，成型工艺性好等优点，因此是汽车工业以塑代钢的理想加工材料。玻璃钢／复合材料与金属材料相比，具有以下明显特点：（1)轻质高强是玻璃钢／复合材料的大优点；（2)由于玻璃钢／复合材料材料系非均质材料，其吸收冲击能量的性能较好，当汽车发生碰撞时，可避免或减少对人体的伤害；（3)振动衰减性能优于金属，降低噪音的效果较好；（4)玻璃钢／复合材料制品一般均为一次成型，设计灵活，尤其适于产品的流线型设计与变厚度设计，对设计的更改有较强的适应性；（5）线胀系数为1 ．5－2. 0X10一5/0C，与金属非常接近，而热导率比金属低，因此在有温差时所产生的热应力比金属小;(6)耐腐蚀性能好；（7）具有良好的电绝缘性（碳纤维增强复合材料除外），并在高频下保持良好的介电性能。玻璃钢／复合材料相对于一般塑料和工程塑料，具有不可比拟的物理机械性能；制件不易变形，机械性能与热变形温度较高，耐化学药品性优，且价格较低，制品外观质量上更佳。其应用场合包括：车身表面覆盖件、结构与半结构部件以及发动机内部件等。
汽车工业是的支柱产业之一。我国汽车工业在上世纪80年代中后期开始得到迅速发展，也进一步推动了玻璃钢／复合材料技术的发展及其在汽车零部件中的应用。
一、我国汽车工业发展状况及其 对玻璃钢／复合材料的需求
1．改革开放20多年以来，我国汽车工业得到迅速发展
我国实行改革开放以来，由于资本和技术的引进，汽车工业发生了巨大的变化。由于引进外资，我国的汽车制造能力从四五十年代的解放牌水平一下子提高到可以制造奥迪A6、帕萨特B5、别克等现代先进轿车的水平。而且由于国产化的实施，我国汽车零部件制造水平也有很大的提高。
1980年我国汽车的年产量22万辆，经过十年1990年生产50万辆，到1992年已生产100万辆，再经过三年到1995年生产150万辆。2002年生产325万辆，2003年达到空前的400余万辆，提前完成“汽车工业十五规划”的目标。车型的发展，到1990年已是“重、中、轻、微、轿”的车型都有了，到1992年100万辆时已是“货、客、轿”三分天下了。目前的汽车保有量已超过2000万辆。
1983一1997年间我国引进了以桑塔纳为代表的轿车，以依维柯为代表的商务车，以斯太尔为代表的重型载货汽车，以尼奥普兰为代表的大客车，范围广泛，相对于近几年的引进新潮可称谓“波”。“波”带进的新技术与国际水平较为接近的塑料件和玻璃钢件新技术。1998一2002年间，因国内汽车市场已国际化，各跨国公司在我国汽车市场上展开了争夺战，以美国通用别克轿车和日本本田雅阁轿车为前导，引发了德国大众帕萨特、奥迪A6以及后来一系列的欧、日、美、韩的轿车进人我国，实现当地生产，促使一个车型在我国投产与其在国外投产的时间差距缩短到3年甚至2年，并趋于同期上市。“第二波”中引进技术多的是轿车，除了新的造型、人性化的内饰、操纵性与舒适性等方面的改进外，重点的技术发展在于环保、节能与安全。
2.玻璃钢／复合材料在我国汽车零部件开发中扮演的角色
零部件是汽车工业的基础。生产玻璃钢／复合材料汽车零部件的厂家多为行业内专业厂家。由于认识上的问题，在很长一段时间内在汽车零部件开发方面存在许多差距和不足。早在20世纪50年代，我国即手糊成型工艺试制玻璃钢／复合材料汽车部件，60年代中期已在汽车制造中正式应用，至70年代初，国内不少厂家已采用玻璃钢／复合材料生产各种型号的客车外饰件。但是由于采用手糊成型工艺，长期以来停留在初级水平，工作效率和制品性能等有很大的局限性。总的来说，批量小、质量差、应用少。自80年代后期，随着我国汽车工业由载货卡车为主体的生产体系向轻便车、轿车为主体的生产体系发生的战略转移，和国产化进程的不断加快，在处于提高质量与数量、取代进口、打翻身仗的关键时刻，玻璃钢／复合材料在我国汽车工业中的应用广度有了新的突破。严格来说，我国玻璃钢／复合材料汽车零部件的研制始于80年代中期开始引进的相关车型部件的国产化上。如1984年，中美合资北京吉普汽车有限公司生产的XJ系列切诺基吉普车，有SMC后举升门总成和GOP, GMT座椅骨架等；1985年南汽引进的依维柯S系列商务车，有SMC保险杠、手糊/RTM顶盖等：1988年一汽引进德国大众公司奥迪100中级轿车技术，有SMC后保险杠背衬、右侧烟道隔离板、行李箱和备轮仓等；东风汽车公司利用引进日产技术开发的8t平头柴油车系列车型于1991年投产，有SMC轮罩和前围板等；90年代初原重汽集团引进的斯太尔重卡系列，有SMC面罩、FRP遮阳罩和导流罩等。此外在一些国产车型的改进和更新过程中，也加大了玻璃钢／复合材料在相关部件开发中应用力度，如在1991年开始，在BJ212吉普车中使用了SMC电瓶托盘；在CA141货车发动机部件中使用SMC或BMC生产挺杆室盖板、机油滤清器外罩、通风阀总成等；在轻骑摩托车中采用了FRP挡泥板和头盔，在南方摩托车中采用了SMC机油泵盖总成等。
从80年代中后期开始，一些涉足汽车零部件较早的玻璃钢／复合材料厂家通过汽车技术引进的辐射效应，积极采用“引进一消化一改进”模式，开发新材料新技术。密切与汽车主机厂的合作，完善玻璃钢／复合材料制品的设计，开发与改进玻璃钢／复合材料成型技术，协作开发并使用专用的成型设备和模具，不断降低生产成本，提高玻璃钢／复合材料制品质量，开发出可用于汽车外装饰的A级表面部件，以及相关高强结构部件和特殊功能部件。
现在，越来越多的车型采用了玻璃钢／复合材料部件，而且作为以塑代钢的理想材料已被汽车工业部门逐步认识，尽管手糊成型工艺依然在生产某些汽车零部件领域还在占主导地位，但SMC、RTM、GMT等先进材料和工艺的应用推广具有相当迅猛之势。汽车工业在不久的将来成为国内玻璃钢／复合材料的用户和市场之一。
二、玻璃钢／复合材料在汽车工业中的应用现状
1．玻璃钢／复合材料整车身应用情况
在上世纪80年代后期到90年代末，“全塑汽车”的概念曾经在国内汽车界轰动一时。北京旅行车厂山东省武城分厂、山东省肥城玻璃钢厂、山东省荣成爱士玻璃钢厂、北京汽车公司、浙江省永康汽车公司、重庆益民机械厂等厂家，均生产过全玻璃钢的车身。基本上手工糊制，档次有待提高，据估计年产量总计达到过4000辆。
江苏省江都女神公司与西安王冠医用汽车公司进口美国Venus公司四轴喷射机与RTM机，生产FRP壳“子弹头”汽车。江苏省宜兴市泰山FRP制品有限公司生产30座中巴，年产1500辆，已有出口。东风客车公司采用手糊成型工艺生产DHZ6122HR高速客车的全玻璃钢车身，每辆份消耗玻璃钢达250kg;太平洋客车公司采用手糊成型工艺生产QK6120豪华客车的全玻璃钢车身，每辆份消耗玻璃钢达240kg。
北京汽车玻璃钢有限公司曾经为某军用牵引车系列生产驾驶室，采用手糊成型工艺，分块连接方式，全车身重量达到600余公斤／ 辆。
2.玻璃钢／复合材料在我国轿车中的应用情况
目前，我国轿车工业正处于快速发展时期。玻璃钢／复合材料在轿车保险杠、车顶、车门、前脸大框、扰流板、发动机罩盖等外饰件以及车灯反射罩、电瓶托盘等部件中得到广泛应用。
保险杠：在奇瑞东方之子和北京现代索纳塔、伊兰特等车型中，其前保险杠缓冲器支架均采用GMT成型，重量均为单件6kg左右。在奥迪100和A6、红旗轿车中，其后保险杠背衬均采用高强SMC模压成型。在福田冲浪、长城塞弗等SUV车型中，采用了手糊玻璃钢制作前后保险杠。另外，采用玻纤增强PP,AS制作轿车保险杠，也有实例。
车顶：北京吉普于1996年推出了BJ2020SY车，其车顶使用了 FRP材料，采用RTM工艺制作，其车窗、立柱等附件采用SMC模压工艺成型。总成产品重量达到65kg/辆。沈飞SFQ2022JE轻型越野车采用FRP硬顶；江铃陆风车顶骨架采用手糊成型
工艺制作。
车门和前脸大框：北京吉普切诺基后举升门总成和前散热器罩（GOP)均采用SMC模压；大切诺基前散热器罩采用SMC模压成型，但未国产化。神龙富康两厢车后门原为ZMC注射成型，国内曾经采用RTM工艺生产，现已改为钢制件。一汽大众奥迪A6轿车和上海大众帕萨特轿车采用GMT生产前端支架和前端底板衬里。
扰流板（尾翼）：神龙富康两厢车装有上、中扰流板。其中，上扰流板采用SMC模压和玻纤增强ABS注射工艺，中扰流板采用SMC模压和手糊工艺。江铃陆风车后导流板采用SMC模压。天津夏利王、一汽捷达和红旗、桑塔纳2000、长安奥拓、东风悦达、英格尔和北京吉普奥蓝德、福田冲浪、长城塞弗、猎豹飞腾等车型均装有FRP扰流板或尾翼。由于在大部分车型中属选装件，一般采用手糊成型工艺。
车灯反射罩：桑塔纳、夏利、捷达、富康和英格尔、奇瑞等轿车前大灯反射罩，多采用BMC注射或模压成型工艺，也有采用SMC模压成型工艺。
电瓶托盘：北京吉普BJ212车采用SMC/BMC电瓶托盘。上海大众帕萨特轿车采用GMT生产蓄电池托。
发动机罩盖等：一汽大众奥迪A6轿车和上海大众帕萨特轿车采用GMT生产发动机罩板；北京吉普在开发军车项目时，采用了手糊成型工艺生产发动机罩盖等部件。
汽车大包围部件：在福田冲浪、长城塞弗、江铃陆风等SUV车均采用手糊工艺生产大包围部件，包括轮眉、踏步杠、侧围等。
3.玻璃钢／复合材料在我国客车中的应用情 况
除了上述提及的FRP客车整车身之外，玻璃钢／复合材料在大型、豪华中均有应用，几乎囊括所有厂家的所有车型。国内大型、豪华客车厂家有：西安西沃、安徽安凯、北京、客车、厦门金龙、浙江神马巨鹰客车、深圳NEPLAN豪华客车以及中通客车、桂林大宇、亚星一奔驰、郑州宇通、丹东黄海、重庆客车、天津伊利萨尔、北方尼奥普毫等，涉及应用部件有前后围、前后保险杠、翼子板、轮护板、裙板（侧围板）、后视镜、仪表板、仓门板等，由于其产量均不大，而且部件较大，一般均采用手糊成型工艺制作，也有部分部件采用RTM工艺。如亚星一奔驰、宇通、西沃、黄海、伊利萨尔等长途旅游客车，其卫生间采用手糊FRP制作，单套重量在30一50公斤。许多公共汽车采用了拉挤工艺制作的空调导风罩等部件。
在中小型客车中，玻璃钢／复合材料也有广泛应用。如南京依维柯S系列车的SMC前保险杠、手糊/RTM硬顶,BMC前大灯反射罩，都灵V系列车的SMC豪华面罩、电动门总成、三角窗总成、后行李厢门总成和FRP后围总成等。北旅御虎的前后保险杠、后扰流板均采用手糊玻璃钢。广州本田奥德塞旅行车的内顶棚采用GMT模压成型。金杯旅行车前大灯和雾灯采用BMC注射成型。
国内诸多微型客车的前后保险杠、翼子板等都选用手糊玻璃钢材料。
另外，在诸多公交车中采用了玻璃钢／复合材料座椅，分别采用SMC模压、手糊和RTM等工艺制作。根据环保要求，许多公交车都采用压缩天然气（CNG）作为动力，30%以上的CNG气瓶采用了FRP缠绕工艺制作。
4.玻璃钢／复合材料在我国卡车中的应用情况
一汽集团、二汽集团和北汽福田在目前国内卡车生产企业中涉足“重、中、轻”全系列。同时，还有山东重汽、重庆红岩、陕西重汽、江苏春兰、北方一奔驰等重型卡车生产厂以及江淮汽车、南京跃进集团、北汽轻型车等中小型卡车生产厂，以及为数不少的微卡、皮卡生产厂。随着卡车技术的提高、优化与改进以及生产量的不断攀升，玻璃钢／复合材料在卡车中的应用取得了突破。
在中重型卡车方面，玻璃钢／复合材料的应用尤其活跃，涉及前围面罩、保险杠、翼子板、轮罩、侧围板、脚踏板、导流罩、导流板、侧裙板以及发动机内部件等部件。一汽解放改进车型142中的发动机箱体油盖、机油滤清器外罩采用SMC模压，车箱底板采用拉挤成型；一汽解放重卡前后保险杠、前围面板、导流罩、驾驶室顶盖等采用SMC模压成型、RTM或手糊工艺成型。东风六平柴、八平柴前围板、轮罩均采用SMC生产，尽管该车型已进行多次改进，但上述部件已持续应用十四个年头。东风卡车还采用了水箱面罩、护风罩、进气管、导流罩等SMC部件。北汽福田欧曼重卡前翻转盖板、左右翼子板、导流罩、导流板、侧裙板、脚踏板、保险杠等均采用了玻璃钢／复合材料，主要采用SMC模压工艺，部分部件采用手糊和RTM工艺。斯太尔重卡的面罩、副保险杠、脚踏板采用SMC模压成型，遮阳罩采用透明玻璃钢手糊对模技术制作，导流罩为手糊FRP技术。济南重汽华沃生产的沃尔沃重卡的前端面板、左右角板、左右扰流板均采用SMC或RTM生产。黄河重卡改进车型的面罩、导风罩和前围下护面均采用SMC或手糊FRP材料制作。
在轻卡方面，玻璃钢复合材料的应用也在不断扩大。一汽解放轻卡脚踏板采用GMT模压成型；一汽488发动机导风管采用BMC模压成型，罩盖采用SMC模压成型。东风小霸王前保险杠采用高强SMC模压成型；东风多利卡等轻卡采用了SMC保险杠和前围面罩、FRP导流罩。江铃轻卡使用了RTM侧防护板和挡泥板，厢式货车采用手糊FRP厢体。北汽福田时代轻卡、江淮轻卡、江铃轻卡等采用了手糊或RTM导流罩。
另外，河南冰熊、河南红宇、济南考格尔等专业冷藏车生产厂生产的冷藏车箱体采用FRP内外板内夹PUR泡沫材料，内外板采用玻璃钢连续层压工艺或手糊工艺。
5.玻璃钢／复合材料在我国其他相关汽车工 业领域中的应用情况
在摩托车方面，头盔中有部分采用手糊、RTM或SMC工艺成型；摩托车外壳甚至整车身采用玻璃钢／复合材料制作。轻骑摩托挡泥板采用手糊工艺制作，南方摩托左机油泵盖等产品采用SMC制作。
在拖拉机方面，约翰・迪尔天拖有限公司采用SMC制作内顶棚、外顶棚、左／右外挡泥板等部件。
在电动车方面，其壳体大多采用手糊FRP制作。
在专用工程机械方面，其机盖总成和侧围大多采用手糊FRP或RTM工艺制作，如山东工程机械厂、徐州工程机械厂、天津美卓
戴纳派克公司等。
在专用改装车方面，采用手糊FRP制作房车卫生设施，如壁板、坐便池、防水地板等；采用手糊FRP制作商品检测车顶柜等。
在公路交通方面，采用SMC制作的高速公路防眩板、采用SMC或拉挤工艺制作的高速公路防撞立柱以及手糊的公路收费站隔离墩等已得到广泛的应用。
另有报道，甘肃驼铃客车厂、山东聊城客车厂从提高客车制作质量入手，通过与钢模和铸铁模比较，开发研制了价格低廉、便于加工的树脂基复合材料拉延冲压模具，达到满意效果，提高了大型复杂的覆盖件和骨架件的质量。
6.玻璃钢／复合材料在汽车样件制作和售后 服务市场的应用
随着国内汽车厂家自主开发能力的加强与提高，在样车试制中，玻璃钢／复合材料通常由于成本低，周期短，设计自由度大，而用
于车身制作，通常采用手糊成型工艺。
目前国内汽车保有量已超过2000万辆，售后服务备件市场需求日益扩大。同时，为满足娱乐休闲的需要，改装车市场也随之兴起。玻璃钢／复合材料因其独特的产品与工艺特性，在这些领域得到广泛使用。除常规配套的零部件外，还与金属、塑料件在备件市场形成竞争。娱乐休闲用改装车通常采用手糊、RTM和SMC部件，甚至是碳纤维增强复合材料部件。如富康、捷达、桑塔纳等改装车型采用手糊FRP制作大包围。另外，国内有
多个厂家承接国外订单，生产宝马、奔驰、丰田、现代等高档轿车大包围部件以及相关客车、摩托车部件并批量出口。
三、玻璃钢／复合材料在我国汽车工业中的应用前景与问题
1.玻璃钢／复合材料在我国汽车工业中的应用前景和趋势
生产实践和科学研究表明，玻璃钢／复合材料不失为较科学、理想的新型汽车零部件材料。在未来开发节能、环保的新车、快速改型换代、小批量投产方面，它将起着重要作用。我国汽车工业的迅猛发展，给玻璃钢／复合材料带来了市场的更大商机。据悉，2003年我国汽车产销总量达到了444万辆，同比增长35％，预计2004年汽车产量可达510－534万辆。其中，载货车产量约为131一137万辆，客车产量为129一135万辆，轿车产量
约为250-262万辆。2010年市场份额占全的1/10。汽车产业已成为国民经济的支柱产业和高新技术产业。汽车工业自主开发的条件日益具备，一些产品己经具备自主开发的基本条件。在汽车工业的需求驱动下，我国玻璃钢／复合材料材料将进人快速发展时期。随着汽车业界人士对玻璃钢／复合材料的深人了解和玻璃钢／复合材料的发展与完善，玻璃钢／复合材料在我国汽车工业领域特别是轿车、卡车工业中的应用将取得更为广泛的应用前景。据统计，90年代欧洲、美国每辆汽车上应用的玻璃钢／复合材料达到60 --80kg,而目前国内每辆汽车上应用的玻璃钢／复合材料平均还不到l0kg,发展空间很大。
新车型的不断涌现，市场竞争不断加剧，产业政策的不断调整，跨国公司汽车品牌的不断本土化，采购零部件OEM的不断接单，促进了更多的玻璃钢／复合材料厂家在汽车零部件方面的不断投人。一方面仍需集中于引进车型玻璃钢件的国产化制造，另一方面更要在国产车型部件的更新换代及新车型部件的开发上下功夫。其重点发展方向为：
1）降低成本，扩大应用领域
在社会主义市场经济条件下，竞争越来越激烈，为进一步提高玻璃钢／复合材料在汽车工业中的应用广度和深度，适应不同车型、不同应用领域的需求，降低生产成本是一个重要发展方向。
2）向着模块化设计方向发展
零部件模块化，即由多个零部件一起来离线装配，或多个零部件组合起来成为一个整体，有利于增强汽车轮廓的流线性，减少组装量。零部件的模块形式，从而形成汽车制造史上的一次革命。玻璃钢／复合材料为汽车轻量化和模块化提供了前提条件，并逐步向结构复杂且大型部件方向拓展，促使汽车零部件开发和生产成本的进一步降低。
3)新技术和新工艺的开发与应用
随着汽车轻量化的强烈要求，以及总体生产成本下降的需要，将促进新型玻璃钢工艺的发展与完善。
2.玻璃钢／复合材料在汽车工业中应用所面临的问题
随着新车型不断涌现及其对玻璃钢／复合材料需求的增加和提高，势必产生新课题和新风险，这些是摆在国内相关汽车玻璃钢／复合材料生产制造商面前的艰巨任务。
我国迄今整个工业体系构成仍不符合经济规律。如我国汽车工业中整车生产企业就多达114家，绝大多数产量均非经济规模。这样所需的玻璃钢件就无法采用SMC模压法生产，转而求其次，以手糊法或RTM生产。
我国进人WTO已有几年时间，随着国内汽车市场价格与国际市场价格并轨，国内汽车市场竞争的加剧，正经历一个残酷的优胜劣汰过程，同时引起整车价格的下降，从而必然导致零部件价格的下降。而国内汽车零部件的开发投资基本上由各个零部件生产商承担，必将带来相关投资风险。同时，在保证产品质量的前提下通过加强内部管理和提高工艺技术水平来合理控制生产成本，迎接一波接一波的零部件降价，立于不败之地。
随着汽车市场的国际化和竞争的深入，汽车整车质量要求越来越高，成本要求越来越低。如何处理好这对矛盾体，只有通过玻璃钢／复合材料企业不断进行材料和工艺的改进与创新来实现。
