车用纤维增强塑料多品种开发将驶入快车道
汽车产业是国民经济的重要支柱产业，2013年显露了强劲的增长势头。数据显示，去年我国整体汽车销量达2200万辆，较上一年增长14%。其中，乘用车销售约1800万辆，商用车约400万辆。据预测，2014年我国汽车的整体销量应可攀升至2300万辆。但随着近年汽车销量的快速增长，保有量规模扩大带来的能源紧张和环境污染问题更加突出，发展节能与新能源汽车已成为汽车工业应对能源和环境问题的共同选择。我国也不例外，国务院颁发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》，把轻量化材料的研发定位于汽车节能的“关键核心技术”之一，汽车轻量化的趋势将加速对高性能塑料产品的巨大需求。
汽车用高性能塑料主要有四大类：工程塑料、塑料合金、改性塑料和纤维增强塑料。特别是纤维增强塑料应用的增加对原生塑料形成威胁，同时也巩固了塑料应用在汽车工业中的地位，以玻璃纤维和碳纤维增强的聚丙烯、聚酰胺为代表的高性能车用塑料受到关注。国外汽车行业中，西格里与主机厂及系统供应商组建了多个合资企业。与宝马的合资公司利用西格里提供的碳纤维和织物，采用RTM工艺，为宝马i3和i8新能源车型生产碳纤维部件。与意大利著名刹车片公司B rembo组建的合资公司为阿斯顿・马丁、阿尔法・罗密欧和保时捷供应复合材料刹车片。与德国梅特勒（Benteler，以金属部件为主的汽车零部件供应商）公司的合资公司生产碳纤维复合材料汽车部件，批量生产的产品B柱，其增强部分用碳纤维制作（还与金属复合）；采用预浸料工艺，生产周期96s，一年可实现15万件的产量。鉴于碳纤维的高成本，目前在汽车行业应用还不是很多，随着碳纤维价格逐步降低及加工效率的提高，预计2020年之前，汽车使用碳纤维可能迎来较大的增长。
在玻纤增强塑料汽车零部件开发中，巴斯夫制造的玻纤增强聚酰胺座椅底板比原减重一半，获得了Alrair Emlighten大奖；与弗吉亚（Faurecia）公司合作开发一种将座椅框架和背面板集成为一体的座椅部件，比传统座椅减轻约20%，厚度减薄约25mm（15%）；由于车辆正在小型化，为使座椅获得所需的强度，座椅在重要的位置上采用了连续纤维增强塑料（CFRT）嵌件。在K2013，巴斯夫展出其新型纤维增强聚酰胺条带用于混合动力车辆电池底盘。围绕塑料零部件的高温应用，巴斯夫开发了Endure玻纤增强塑料，包括冷却器端盖、谐振器、空气管线和节气阀，以及涡轮增压器较冷一侧的零部件；甚至对带有水冷式中间冷却器的进气歧管，在长时间的暴露过程中具有优越的性能，能够应对220℃达3000h以上。巴斯夫和Smart一起开发了概念车，在2011年法兰克福车展上亮相；概念车次使用长玻纤增强聚酰胺材料制造的车轮，每个重量比传统金属车轮减轻了约3kg；车轮的性能测试表明，具有热稳定性和化学稳定性、动态强度和韧性。虽然该车轮是为一款概念车，已经达到终投产的程度，适合于A级车和B级车。朗盛子公司Bond Laminates公司用连续长玻纤增强聚酰胺6制造座椅壳体，次应用于OPC车型。这种座椅壳体有极高的刚度和强度，在发生碰撞时可以吸收大量的能量，大幅度提高安全性。DSM集团加盟LIPA合作项目，推进高性能连续纤维增强塑料制品用于汽车轻量化市场。在主打汽车用纤维增强轻量化材料方面的韩国韩华（）公司，早在十年前在其现代汽车上大量采用GMT材料；其在的GMT产量已达到8000吨以上。该公司前年兼并了美国大的GMT公司。据悉，国外目前纤维增强塑料，在长纤维增强塑料和耐高温纤维增强塑料在车辆上探索应用成为技术攻关热点。
为了满足汽车制造商的严格要求，车用有机纤维增强塑料产品已出现在欧美，实现了“超轻”、“超强”。作为车辆底部护板系统的市场引领者欧拓公司，将在北美市场上推出轻型多功能材料Uitra-Silent制成的车身底部护板和发动机底护板。这种创新的技术目前仅在欧拓欧洲工厂使用，并已成功运用到车身底部护板和发动机底护板，被多家汽车厂商采用，包括几家德国顶级汽车厂商。通过这单一结构复合材料，欧拓为车辆提供轻且强有力的底部护板系统。这种由不含玻纤的PET纤维构成的材料和技术制造出的产品重量减轻50%，同时还具吸声作用，降低车内外的噪声，对碎石与碰撞有着佳的抵御能力；另外，还有防水、抗热性能，可完全回收利用。欧拓的底部护板系统提升了车辆的空气动力学性能，从而提高发燃油效率，降低了二氧化碳排放，达到欧美严格的汽车排放标准。
近几年，受国际汽车市场幅射，我国纤维增强塑料用于汽车工业走势也十分强劲。据有关方面提供数据，2013年玻纤增强塑料产量达到137万吨，主要应用方向为汽车工业。国内早应用于汽车增强塑料零配件生产工艺为复合、挤出、造粒、注塑系列过程；以后，上海耀华大众、长春英利等公司先后引进迪芬巴赫LFT-D技术及华东理工大学GMT技术等进入市场后，推进了汽车零部件用增强塑料的开发。在2013年第四届国际汽车复合材料技术专项研讨会上， 东风商用车有限公司，成功开发了两项应用于商用车的创新复合材料和技术。1.多层复合材料在商用车外饰件的应用。在新东风天龙旗舰车型上，采用了免涂装的多层复合板代替SMC材料，使得部件减重40%，材料成本降低20%左右。鉴于生产这种多层复合板的设备需进口，东风公司自主开发了低成本的解决方案，采用独特的硬泡PU配方，再导入连续纤维层来获得高强度的骨架层。PU配方中微量水（不加入水）与异氰酸酯反应生成的CO2发泡，特殊多元醇体系，使反应产物具有钢韧平衡；采用特殊催化剂，获得了合适的固化速度。2. PP麻纤板在商用车的内饰板基材的应用。通过在PP麻纤板中导入连续玻纤增强PP片材，开发了两种解决方案：一是引入单层作为中间层，用于要求更轻的后围和侧围内饰板；另一种是辅在两边，作为内外层，用于前顶和后顶内饰板。在会上，浙江俊尔新材料公司报告了十多年来，先后为汽车行业开发了玻纤增强尼龙、长玻纤增强PP、中等长度玻纤增强PP和PP、PC合金，为代替进口材料提供了选择。这些开发的增强塑料中，30%--40%玻纤增强PA6用于前端模块，耐老化、力学强度好、抗振动、低翘曲和耐高低温性能，已在一汽奥迪Q3上批量使用，并通过大众台架实验；玻纤增强尼龙用于气门室罩盖，在-40℃下不开裂，长期工作温度130℃（极限温度150℃），降噪减振，耐化学性好，可功能集成，与铸铝相比，减轻30%-40%的重量，降低50%成本；长玻纤增强PP，在温度要求不太高的部件中可代替玻纤增强尼龙，用于前端模块（已在广汽成功应用，通过其有所检测）、仪表板骨架（20%或30%长玻纤增强），具有低VOC排放，已在华晨宝马和一汽奥迪试用；中长度玻纤增强PP代替尼龙制作低排量进气歧管的试验正在进行中，相比尼龙，重量减轻10%，力学性能相当，加工温度低、不需烘干而降低能耗。据汽车市场近信息报导，四川成都黎明化工院开发成功玻纤增强聚氨酯行李架和风道用于客车和校车。该两种车用增强塑料产品累计应用在10.5万辆客车校车上，满足了GB24407-2012标准体系。
车用纤维增强塑料产品种开发，带动了工艺和装备的提升。目前，国内纤维增强塑料成型工艺有三种形式，GMT片材模压成型、塑料长粒料注塑成型、树脂与长纤维之间混配（LFT-D）模压等。其中，直接将PP玻纤混配，可大幅降低成本，比GMT低40%-50%；比粒料低30%-40%；另可根据实际需要确定配比。轻质的LFT--D部件主要用于汽车的半结构件和结构件，制件中纤维的长度应大于10mm。福建海源公司成功研发全自动LFT-D模压生产线，直接混配的塑料熔体可以采用模压成型。这几年，上海华东理工大学在自主研发的GMT设备上进行了重大技术改进，为适应中小增强塑料制造企业先进技术的引入，成功开发了低成本LFT生产线，年产能力达500-1000吨，已在江苏宜兴、溧水地区合作运行。另从有关方面获悉，国内已有数家企业生产夹层PP蜂窝内表敷贴玻纤增强PP结构板用于轻量化冷藏车和集装箱板改造。
近几年，德国克劳斯玛菲公司的根据制品性能要求，提出了更多的加工形式。LFI（长纤维注塑）、RTM（树脂传递模型）和Fiberform是在汽车行业有着重要应用的三大纤维增强复合材料设备技术。其中，LFI技术因取代GMT（玻璃毡）而产生。GMT的玻纤含量和分布是不能改变的，而LFI可以通过调整工艺使制件局部玻纤含量和分布发生改变；此外，LFI可以将嵌件集成进去。克劳斯玛菲开发的LFI设备早用于成型smart车型的顶棚，迄今为止在已有10条LFI设备在运行。RTM不是新技术，早在20年前产生，近些年大有进军汽车行业之势，这缘于汽车轻量化的要求越来越迫切。5年前，克劳斯玛菲开发了更适用于碳纤维复合材料的高压RTM技术。该技术采用高压浇注混合头，靠高压瞬时将两种不同组分良好混合，而不像传统工艺那样采用低压发泡，靠机械搅拌混合；由于高压浇注混合头采用了特殊设计，脱模机可直接混合在树脂中，从而无需在模具上喷涂脱模剂。克劳斯玛菲对RTM技术的研发，很大程度上缘于4年前宝马启动的i3和i8电动车项目。其为宝马提供RTM设备，促成双方在工艺开发方面配合得非常紧密，为其提供一个完全自动化的RTM生产线；即从预成型开始，预成型件的传递、上下料以及产品出来的后处理，如修边等都是自动化运行的。Fiberform是制造复杂零件的一种热塑性复合材料工艺，可得到高强度、高刚性的轻质部件。该工艺是克劳斯玛菲2004年为保时捷研发的一项技术，后来得到了不断改进，目前可以实现不需任何后处理的全自动运行。（资料来源于2014上海（国际）橡塑展收集材料和本刊积累资料。）
