先進(jìn)復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用

賀光玉，向宇

( 廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州510700)

0 引言

2000 年以來(lái)，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)進(jìn)入了快車(chē)道，2009 年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量為1 364 萬(wàn)輛，產(chǎn)銷(xiāo)量均居世界第一; 2010 年在世界金融危機(jī)的影響下，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量達(dá)到1 800 萬(wàn)輛，令世人刮目相看，汽車(chē)保有量接近8 000 萬(wàn)輛。汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)量、保有量增多，帶來(lái)的一個(gè)十分緊迫的問(wèn)題就是節(jié)能減排，同時(shí)要提高汽車(chē)的安全性。汽車(chē)的節(jié)能減排，除了降低風(fēng)阻、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率、降低摩擦之外，一個(gè)最直接、最有效的方法和途徑就是輕量化。

對(duì)一般乘用車(chē)而言，質(zhì)量每減少10%，可節(jié)油7% ～8%，CO2排放可減少6% ～7%，其他有害氣體排放可減少3% ～4%; 對(duì)大部分商用車(chē)而言. 每減重1 000 kg，油耗可降低6% ～7%。美國(guó)福特汽車(chē)公司的全順車(chē)在歐洲的試驗(yàn)結(jié)果表明： 滿(mǎn)足歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)條件下，每百公里油耗Y 與自身質(zhì)量x (kg)滿(mǎn)足以下關(guān)系：

油耗的下降，意味著CO2、氮氧化物(NOx) 等有害氣體排放量的下降。針對(duì)各種類(lèi)型車(chē)的大量試驗(yàn)結(jié)果表明，車(chē)輛的油耗與汽車(chē)的質(zhì)量呈線(xiàn)性關(guān)系［1-3］。

而大量地使用復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的純金屬，是汽車(chē)輕量化的一個(gè)重要手段，也是最重要的手段之一。如圖1 所示，汽車(chē)的很多部件都可以采用復(fù)合材料來(lái)代替金屬。

目前在汽車(chē)工業(yè)中最常用的一些復(fù)合材料技術(shù)如下文所示。

1 GMT

GMT (Glass Fiber Mat Reinforced Thermorplastics) 是以熱塑性樹(shù)脂為基體、以玻璃纖維氈為增強(qiáng)體的復(fù)合材料。GMT 材料密度低、強(qiáng)度高、力學(xué)性能均衡，可以回收再利用，在汽車(chē)、化工、運(yùn)輸、建筑等行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛［4］。車(chē)用GMT材料常以片材供應(yīng)。片材制備是將樹(shù)脂薄膜或熔融樹(shù)脂與玻璃纖維氈交替層疊，經(jīng)過(guò)熱熔融、加壓浸漬和冷卻定型復(fù)合成片材。玻璃纖維氈對(duì)片材性能有重要的影響，復(fù)合中采用連續(xù)氈片材料，各項(xiàng)力學(xué)性能均衡，既有較高的彎曲、拉伸強(qiáng)度，又有很好的抗沖擊強(qiáng)度，是PP (聚丙烯) /GMT 片材較理想的增強(qiáng)材料［5］。

纖維復(fù)合體具有高流動(dòng)性能，使薄壁化汽車(chē)元件的生產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)低成本，這些元件的耐沖擊性能、機(jī)械強(qiáng)度和硬度都得到提高。以熱塑性樹(shù)脂為基體，通過(guò)加溫、加壓制成的GMT 復(fù)合材料，是目前國(guó)際上極為活躍的復(fù)合材料開(kāi)發(fā)新品種，被視為世紀(jì)新材料之一。通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，輕質(zhì)高強(qiáng)度的GMT片材可取代部分金屬材料，獲得顯著的減重效果，而且節(jié)省模具費(fèi)用(僅為金屬?zèng)_壓模具的10% ～20%)，并有利于多種零件組合，形成模塊化生產(chǎn)方式。用GMT 片材可較原金屬件減重30% ～80%，能耗僅為鋼制品的60% ～80%、鋁制品的35% ～50%，價(jià)格低于同體積的金屬制品。由聚丙烯制成的玻璃氈片增強(qiáng)型熱塑料主要用在汽車(chē)工業(yè)中表面積大的元件中。德國(guó)是應(yīng)用GMT 制造汽車(chē)部件最早最多的國(guó)家。德國(guó)的寶馬、奧迪、大眾、高爾夫等轎車(chē)均應(yīng)用了GMT 部件。據(jù)報(bào)道，新款奔馳轎車(chē)所用的GMT 部件超過(guò)30 kg。美國(guó)的GMT 產(chǎn)品中有80%用于汽車(chē)部件。福特、通用、克萊斯勒等公司轎車(chē)部件大多數(shù)使用了GMT，如保險(xiǎn)杠、蓄電池托架、行李架、備胎盤(pán)、儀表板、前圍、擋泥板、風(fēng)扇葉片等［6］。

未來(lái)的轎車(chē)將越來(lái)越輕、越來(lái)越便宜，而同時(shí)也要承受更嚴(yán)格的安全、舒適度和設(shè)計(jì)上的要求，這就要求在高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件中更多地利用聚合物和復(fù)合材料，它們必須能夠吸收相當(dāng)?shù)呢?fù)荷和在碰撞時(shí)產(chǎn)生的一部分沖擊能量。在這方面GMT 是一種重要的復(fù)合材料，現(xiàn)在轎車(chē)的坐椅、儀表板等都是由GMT做成的。GMT 不僅提供極佳的性能(模量、強(qiáng)度、抗沖擊、密度等) ，而且基于流塑工藝很容易被加工成復(fù)雜零件，這是它的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，也使低成本、大批量地生產(chǎn)大表面積結(jié)構(gòu)件成為可能。在過(guò)去的幾年中，GMT 已取得了較大發(fā)展和進(jìn)步，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)在和將來(lái)的需要。如國(guó)內(nèi)的上海通用別克凱悅、君悅后靠背骨架總成，上海大眾帕薩特B5 底部防護(hù)板都采用GMT制造。

GMT 可以循環(huán)使用、隔熱、隔聲，是汽車(chē)用材料的發(fā)展方向，為熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用提供了發(fā)展機(jī)遇。隨著GMT 新品種的開(kāi)發(fā)，GMT 在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用已達(dá)40 多種，主要有坐椅骨架、保險(xiǎn)杠、儀表板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、電池托架、腳踏板、前端、地板、護(hù)板、后牽門(mén)、車(chē)頂棚、行李托架、遮陽(yáng)板、備用輪胎架等部件，使得GMT 在汽車(chē)上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［7］。

2 LFT

LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics) 是和普通的纖維增強(qiáng)熱塑性材料相比較而言的，通常情況下，纖維增強(qiáng)熱塑性材料中的纖維長(zhǎng)度小于1 mm，而LFT 中纖維的長(zhǎng)度一般大于2 mm，目前的加工工藝已能將LFT 中的纖維長(zhǎng)度保持在5 mm 以上。隨著加工工藝的不同，LFT 的纖維長(zhǎng)度也不同。沖擊性能尤其依賴(lài)于纖維長(zhǎng)度，因此就機(jī)械性能而言，壓縮成型工藝顯著優(yōu)于注射成型工藝。通常，部件中平均長(zhǎng)5 ～20 mm的纖維被認(rèn)為是長(zhǎng)纖維。

20 世紀(jì)80 年代初期，美國(guó)聚合物復(fù)合材料公司(PCI) 最早提出LFT 的理論設(shè)計(jì)概念，并進(jìn)行了制備研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)［8］，但由于涉及到連續(xù)長(zhǎng)纖維浸漬與分散的核心關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有很好地解決，以及LFT 的特殊注射、模壓成型工藝及生產(chǎn)專(zhuān)用設(shè)備還相對(duì)落后，再加上當(dāng)時(shí)SFT、填充塑料及工程塑料改性技術(shù)的研制成功且工業(yè)化生產(chǎn)已得到普遍應(yīng)用，從而導(dǎo)致LFT 新技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)程十分緩慢。

1985 年，英國(guó)復(fù)合材料公司(ICI) 首先成功開(kāi)發(fā)出商品名為Verton 的LFT 顆粒。20 世紀(jì)90 年代后，隨著汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展以及人類(lèi)自身環(huán)保節(jié)能意識(shí)的普遍增強(qiáng)，尤其是全球不斷出現(xiàn)的能源危機(jī)、石油漲價(jià)、汽車(chē)駕駛安全性等，促使汽車(chē)輕量化成為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，可循環(huán)使用的環(huán)保型LFT 的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用再次引起業(yè)內(nèi)的高度重視［9］。

概而言之，LFT 具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)： (1) 纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且分布均勻，可在熱塑性樹(shù)脂基體中形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而可以提高成型制品的綜合力學(xué)性能，特別是顯著提高其沖擊強(qiáng)度能，如Ticona 公司稱(chēng)其長(zhǎng)纖維增強(qiáng)PBT 材料(LFT-PBT) 的沖擊強(qiáng)度是短纖維增強(qiáng)PBT 塑料的3 ～4 倍; (2) 鋁材比強(qiáng)度為9.8%，而LFT 比強(qiáng)度高達(dá)17.2%，變形較小，這一優(yōu)點(diǎn)特別有利于其在汽車(chē)零配件制造中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用; (3) 成型收縮率小，抗蠕變性能好，制品尺寸穩(wěn)定; (4) 耐疲勞性能優(yōu)良;(5) 可設(shè)計(jì)自由度比GMT 復(fù)合材料更高，易于注射和模壓成型，而一般GMT 復(fù)合材料只能進(jìn)行壓塑成型; (6) 流動(dòng)性好，模塑成型性能比SFT 更好，纖維以長(zhǎng)尺寸的形態(tài)在成型制件中移動(dòng)，損傷少; (7) 可循環(huán)回收重復(fù)使用，是一種綠色環(huán)保的高性能熱塑性復(fù)合材料［10-15］。

1993 年，德國(guó)Hoechst Celanese 公司引進(jìn)美國(guó)PCI 公司開(kāi)發(fā)的可注射成型LFT 粒子，商品名為Celstran，并同時(shí)進(jìn)行了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與市場(chǎng)開(kāi)發(fā)［11］。近年來(lái)，國(guó)外科研單位、應(yīng)用部門(mén)和工業(yè)公司對(duì)LFT 進(jìn)行了大量的研究、開(kāi)發(fā)與工業(yè)化生產(chǎn)。環(huán)保、節(jié)能、汽車(chē)輕量化成為L(zhǎng)FT 制備、制件設(shè)計(jì)與應(yīng)用快速發(fā)展的主要推動(dòng)力。目前，美國(guó)GE 公司、美國(guó)RT P 公司、美國(guó)Ticona 公司、英國(guó)ICI 公司、英國(guó)Imhotep 公司、日本Daical 公司、日本Chisso 公司、北歐化工公司、美國(guó)歐文斯科寧公司、美國(guó)DSM 復(fù)合材料公司、法國(guó)圣戈班公司、法國(guó)Arjomari 公司、韓國(guó)三博公司、沙特石化公司等世界塑料企業(yè)都已對(duì)LFT 粒料進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)［16-19］。

目前，LFT 復(fù)合材料在國(guó)外汽車(chē)塑料零配部件制造業(yè)上的下列部件中己得到了開(kāi)發(fā)與應(yīng)用：

(1) 前端支架。可采用30%長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP 復(fù)合材料注射成型，同時(shí)可將散熱器、喇叭、冷凝器、托架等前端部件都整合“懸掛”成為一個(gè)整體零配件，從而縮短生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本，制備的零件質(zhì)量減小了約30%。德國(guó)大眾公司邁騰系列、日本馬自達(dá)公司的馬自達(dá)3 和馬自達(dá)6 車(chē)型上均采用了LFT-PP 注塑集成制件。

(2) 門(mén)板模塊。美國(guó)福特公司、日本馬自達(dá)公司已將30%長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP 復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車(chē)前門(mén)模塊部件。車(chē)門(mén)模塊集成了門(mén)鎖、車(chē)門(mén)玻璃升降器、揚(yáng)聲器、防盜裝置等多種功能元件，在設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)該車(chē)門(mén)模塊的過(guò)程中，技術(shù)專(zhuān)家對(duì)注射成型用LFT-PP 的性能進(jìn)行了深入和系統(tǒng)的研究與評(píng)價(jià)，特別是對(duì)該種材料的抗蠕變性能進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明：LFT-PP 即使經(jīng)受100 ～120 ℃的高溫和-50 ℃的低溫也不會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變與翹曲變形，而且比短玻纖增強(qiáng)PP 具有更好的抗蠕變性能。

(3) 汽車(chē)行李架與緩沖器。梅塞德斯- 奔馳(Mercedes-Benz) 公司和世界手表業(yè)斯沃琪(Swatch) 公司創(chuàng)意合作的最新產(chǎn)品Smart 汽車(chē)即應(yīng)用了40%長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP 注射成型制品，汽車(chē)行李架與緩沖器等制品具有高沖擊韌性與強(qiáng)度，質(zhì)量輕，價(jià)格低廉，具有突出的成本優(yōu)勢(shì)。

(4) 汽車(chē)蓄電池殼。奔馳公司采用40%長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP 注射成型汽車(chē)蓄電池殼制品，它具有優(yōu)異的耐蠕變性能，成品收縮率低。這種材料強(qiáng)度和韌性高，可使殼體壁很薄、質(zhì)量輕，容易固定安裝。國(guó)內(nèi)汽車(chē)蓄電池殼絕大部分都采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS) 樹(shù)脂成型，如采用40%長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)PP 成型制備蓄電池殼，不僅價(jià)格低于ABS 樹(shù)脂，其性能也優(yōu)于ABS 樹(shù)脂制品。

LFT 在一些品牌的汽車(chē)中的應(yīng)用如表1，圖2 所示。

表1 LFT 在歐洲品牌汽車(chē)中的應(yīng)用

3 MMC

MMC (Metal Matrix Composite) 是金屬基復(fù)合材料。針對(duì)作為高溫強(qiáng)度材料使用的纖維增強(qiáng)金屬(FRM) 的研究十分盛行，并且揭開(kāi)了可將其在汽車(chē)上使用的可能性。作為增強(qiáng)纖維有： 碳元素、碳化硅、硼、氧化鋁等。作為基底，開(kāi)始有鋁、銅、鎳，后又有與各種目的相適應(yīng)的鈦、鎂、鋅、錫等。增強(qiáng)纖維與各種金屬相結(jié)合，將制造出各種特性的纖維增強(qiáng)金屬(FRM)?，F(xiàn)正在將FRM 應(yīng)用于活塞、連桿及其他一些滑動(dòng)零件等的研究。雖然這種纖維價(jià)格高，目前還未達(dá)到成批生產(chǎn)的規(guī)模，但作為高溫強(qiáng)度好的材料，其利用價(jià)值是相當(dāng)高的。

目前用于汽車(chē)工業(yè)的主要是顆粒增強(qiáng)和短纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。MMC 具有高的比強(qiáng)度和比剛度、耐磨性好、導(dǎo)熱性好及熱膨脹系數(shù)低等特性，已在工業(yè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的MMC 為鋁或鎂基質(zhì)加粉末或碎屑纖維增強(qiáng)。汽車(chē)制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)鼓、制動(dòng)鉗、活塞、傳動(dòng)軸以及輪胎螺栓采用MMC 制造［1-2］。

金屬基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量和低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，這些與樹(shù)脂基復(fù)合材料相似。此外，它還耐高溫、防燃，橫向強(qiáng)度與剛度高，不吸潮，高導(dǎo)熱與高導(dǎo)電，抗輻射性能好，而且在使用時(shí)不釋放氣體。

目前，鋁基復(fù)合材料一般采用鋁硅合金。常用的填充增強(qiáng)劑有陶瓷纖維和微粒等。它與鋁合金相比具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高和彈性模量高、耐熱性和耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，是汽車(chē)輕量化的理想材料。

活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零件之一，它在高溫高壓下工作，因而選用合適的活塞材料至關(guān)重要。目前，應(yīng)用于活塞的復(fù)合材料由低密度金屬和增強(qiáng)陶瓷纖維組成，主要用于高性能鋁活塞。近年來(lái)，有所發(fā)展的是纖維增強(qiáng)金屬(FRM)，鋁合金基FRM 具有抗拉強(qiáng)度高和耐磨耐熱特性。纖維增強(qiáng)的輕金屬能用于僅靠輕合金不能滿(mǎn)足強(qiáng)度和耐磨性的部位上，是很有發(fā)展前途的材料。在此基礎(chǔ)上，國(guó)外又推出了氧化鋁纖維增強(qiáng)活塞頂?shù)匿X活塞及氧化鋁增強(qiáng)的鎂合金制造的活塞等，進(jìn)一步擴(kuò)大了它在活塞上的應(yīng)用［20］。

美國(guó)已將鋁基復(fù)合材料應(yīng)用于剎車(chē)輪，使其質(zhì)量減輕了30% ～60%，導(dǎo)熱性好，最高使用溫度可達(dá)到450 ℃，其熱性能已達(dá)到原先使用的鑄鐵水平。MMC 必須用新的方法制造，限制應(yīng)用的原因是必須研制匹配的制動(dòng)踏板。采用金屬基復(fù)合材料制造制動(dòng)鉗時(shí)，除了降低質(zhì)量外，最主要的益處是剛度。MMC 制動(dòng)鉗應(yīng)用于高性能體育賽車(chē)上，由于成本高而限制了其大量應(yīng)用。MMC 活塞主要用于柴油機(jī)上，但也可用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。因氧化鋁和氧化硅熱疲勞易導(dǎo)致斷裂，采用陶瓷纖維預(yù)型坯可弱化這一問(wèn)題、提高活塞壽命。

輪胎螺栓采用MMC 制造，質(zhì)量減輕50%。2000 年世界汽車(chē)工業(yè)對(duì)金屬基復(fù)合材料的用量達(dá)到0.6 萬(wàn)噸。隨著復(fù)合材料制備技術(shù)、性能的不斷提高，以及價(jià)格的日益下降，MMC 必將在汽車(chē)上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［21-22］。

將高強(qiáng)度鋼板和鋁、塑料等緊密結(jié)合在一起的材料是一種理想的輕型材料; 也是一種夾層結(jié)構(gòu)的層疊材料。由于它是在塑料芯的兩面黏結(jié)上薄鋼板或鋁板，具有優(yōu)異的隔熱和隔音性能。層疊材料可發(fā)揮與鋼板相匹敵的剛性好的特點(diǎn)。它由塑料芯兩面的金屬板承受彎曲應(yīng)力，由塑料芯材承受剪切應(yīng)力。在同樣剛性下，層疊鋼板與一般鋼板相比，質(zhì)量是其30% ～70%。如果對(duì)層疊板質(zhì)量有一定限制時(shí)，可改變芯兩面的金屬板與芯板的厚度來(lái)解決。層疊材料的成本是一般鋼板的1 ～3倍。但它還存在一些需要解決的問(wèn)題，如： 使用在車(chē)體面板時(shí)，與各面板如何黏結(jié)拼合; 當(dāng)其表面金屬鋼板銹蝕時(shí)，剛性會(huì)降低等。然而隨著層疊材料的進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)，其實(shí)用化將成為可能［2］。

4 NMT

NMT (Natural Fiber Materials Thermoplastic) 是由玻璃纖維、芳香族聚酰胺纖維或碳纖維等人造合成纖維組成的傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，它們一般都存在耗能大、造價(jià)高、易造成環(huán)境污染等問(wèn)題。與玻璃纖維及碳纖維相比，各種天然纖維(如麻纖維、竹纖維、甘蔗渣纖維等) 具有價(jià)廉、可回收、可降解、可再生等優(yōu)點(diǎn)。其復(fù)合材料的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用，近年來(lái)成為人們對(duì)材料研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一［23-24］。

NMT 在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用目前還局限于汽車(chē)內(nèi)飾件上。用于轎車(chē)的產(chǎn)品有門(mén)內(nèi)板、行李箱、頂棚、坐椅背板、衣帽架、儀表盤(pán)等［25］。戴姆勒-克萊斯勒公司已成功地將天然纖維復(fù)合材料應(yīng)用于其生產(chǎn)的奔馳E 系列轎車(chē)上。先前此類(lèi)車(chē)的車(chē)門(mén)、車(chē)內(nèi)部件用的是木纖維復(fù)合材料，現(xiàn)在用亞麻/劍麻氈增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行了替換，使得質(zhì)量減小了20%左右，而且機(jī)械性能也得到了改善，尤其是在安全保護(hù)方面。另外，用亞麻/劍麻氈增強(qiáng)復(fù)合材料能夠成型更為復(fù)雜的立體構(gòu)件，因此，這也更適用于車(chē)門(mén)外貼板等部件，以替換先前的材料。

福特汽車(chē)公司設(shè)在德國(guó)的材料工程部門(mén)在亞麻/PP 注射成型方面取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，在新型的福特車(chē)中，這種材料將用于制造冷卻器架和引擎擋板等部件。用這種材料制造的部件質(zhì)量比用玻璃纖維增強(qiáng)的材料減小25%左右。菲亞特公司也在開(kāi)發(fā)用于汽車(chē)零部件的天然纖維復(fù)合材料，已將其應(yīng)用在汽車(chē)坐椅、儀表板、車(chē)門(mén)把手和密封圈的制造上。

華東理工大學(xué)的學(xué)者們用黃麻纖維氈增強(qiáng)聚丙烯制得天然纖維復(fù)合材料(NMT)，通過(guò)添加不同改性劑和填料，對(duì)纖維進(jìn)行表面處理以及和玻纖混雜等方式，較顯著地提高了麻纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能［26］，并和長(zhǎng)春一汽四環(huán)車(chē)身車(chē)架廠合作，將麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料應(yīng)用于試制卡車(chē)側(cè)護(hù)板。天然纖維中洋麻、大麻、亞麻、木纖維同聚丙烯復(fù)合后，可用于車(chē)內(nèi)的雜物箱和其他車(chē)內(nèi)裝飾板等。

近年來(lái)，另一種由天然礦物玄武巖制成的連續(xù)纖維作為塑料的增強(qiáng)材料也顯示了很大的潛力。這種纖維具有質(zhì)輕、優(yōu)異的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能、突出的耐高溫特性、良好的介電性能以及隔熱、隔音、防電磁輻射、環(huán)保等特性，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、建筑、航空航天、汽車(chē)制造、電子、冶金等領(lǐng)域。汽車(chē)制造業(yè)的應(yīng)用包括汽車(chē)車(chē)身、抗腐蝕部件、絕熱、隔音及車(chē)廂內(nèi)裝飾、摩擦材料、篷蓋隔熱材料等。據(jù)報(bào)道，日本的一個(gè)汽車(chē)制造廠開(kāi)發(fā)出用玄武巖纖維作保溫吸音材料替代玻璃纖維作消音器填充物，獲得了成功，并開(kāi)始形成了批量生產(chǎn)。玄武巖纖維的抗拉強(qiáng)度與高強(qiáng)玻纖相近，但其耐酸性、耐堿性均遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)的E 玻璃纖維［27-29］。這種纖維在增強(qiáng)塑料方面可以代替E 玻璃纖維制成許多高性能的復(fù)合材料。相信在解決了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的一些技術(shù)問(wèn)題之后，玄武巖連續(xù)纖維增強(qiáng)塑料將會(huì)獲得較快的發(fā)展。

5 國(guó)內(nèi)汽車(chē)復(fù)合材料的應(yīng)用情況［30］

我國(guó)汽車(chē)復(fù)合材料的大規(guī)模應(yīng)用始于引進(jìn)車(chē)型上，也在自主開(kāi)發(fā)的一些車(chē)型上得到發(fā)展，具體情況如下所述。

5.1 復(fù)合材料在轎車(chē)( 含SUV) 中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國(guó)轎車(chē)生產(chǎn)仍以進(jìn)口車(chē)型為主，主要可分為美系、歐系、日系、韓系。另有一些完全的自主品牌，如奇瑞、吉利、長(zhǎng)城、獵豹、華普、華晨中華等。進(jìn)口車(chē)型的復(fù)合材料部件基本沿用原廠設(shè)計(jì)，部分實(shí)現(xiàn)本地化生產(chǎn)配套，但相當(dāng)一部分部件依然需要進(jìn)口; 而國(guó)產(chǎn)品牌轎車(chē)上復(fù)合材料部件還較少使用。

近年來(lái)，復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)轎車(chē)和SUV 車(chē)型中的最新應(yīng)用實(shí)例分別見(jiàn)表2、表3。

表2 復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)部分轎車(chē)車(chē)型中的最新應(yīng)用實(shí)例

表3 復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)部分SUV 車(chē)型中的最新應(yīng)用實(shí)例

5.2 復(fù)合材料在載貨車(chē)中的應(yīng)用情況

近年來(lái)國(guó)內(nèi)載貨車(chē)技術(shù)得到很大的提高、優(yōu)化與改進(jìn)，同時(shí)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶來(lái)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)載貨車(chē)產(chǎn)量的不斷攀升，復(fù)合材料在載貨車(chē)中取得了突破性的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)新老汽車(chē)制造商相繼推出新的中/重型載貨車(chē)車(chē)型，這些都成為汽車(chē)復(fù)合材料應(yīng)用的新亮點(diǎn)與增長(zhǎng)點(diǎn)，表4 列出了一些具體的應(yīng)用實(shí)例。

表4 復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)部分中/重型載貨車(chē)車(chē)型中的最新應(yīng)用實(shí)例

5.3 復(fù)合材料在客車(chē)中的應(yīng)用情況

近年來(lái)，玻璃鋼/復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)大型豪華客車(chē)中得到進(jìn)一步的拓展應(yīng)用，幾乎囊括所有廠家的所有車(chē)型，如： 鄭州宇通、廈門(mén)金龍、蘇州金龍、西安西沃、上海申沃、上海雙龍、安徽安凱、北京客車(chē)、神馬巨鷹、深圳尼普蘭、中通客車(chē)、桂林大宇、亞星-奔馳、丹東黃海、天津伊利薩爾、北方尼奧普毫、金華青年等，應(yīng)用部件有前后圍、前后保險(xiǎn)杠、翼子板、輪護(hù)板、踏步圍板、行李箱門(mén)板、裙板(側(cè)圍板)、后視鏡、儀表板、倉(cāng)門(mén)板、空調(diào)頂置殼體等。由于此類(lèi)客車(chē)部件類(lèi)多、較大、量小，一般采用手糊/噴射或RTM 工藝成型。另有部分座椅采用SMC、RTM 或手糊工藝制作，如申沃客車(chē)座椅、雙龍巴士連體座椅等。一些長(zhǎng)途旅游客車(chē)或房車(chē)，其衛(wèi)生間都采用手糊FRP 制作。在中型客車(chē)中，玻璃鋼/復(fù)合材料也有進(jìn)一步的應(yīng)用。如： 南京依維柯都靈V 系列車(chē)的SMC 豪華面罩、電動(dòng)門(mén)總成、三角窗總成、后行李廂門(mén)總成和BMC 前大燈和霧燈、FRP 后圍總成等。

6 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)已有五十多年的歷史，在很多零部件的應(yīng)用方面也取得了成功。但就大批量生產(chǎn)的汽車(chē)，復(fù)合材料的應(yīng)用還是很有限的，主要原因是許多和復(fù)合材料使用相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題仍沒(méi)有得到很好的解決，其中包括準(zhǔn)確的材料定性、生產(chǎn)、油漆、維修、和金屬材料的連接以及回收等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，近年來(lái)適應(yīng)綠色環(huán)保要求的熱塑性復(fù)合材料、天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料正成為汽車(chē)用復(fù)合材料的新發(fā)展方向。有理由相信，在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，尤其是隨著復(fù)合材料原材料、工藝與技術(shù)的不斷發(fā)展，更高性能的復(fù)合材料將越來(lái)越多地應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域中。復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展，任重而道遠(yuǎn)。

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