復合材料在汽車工業(yè)應(yīng)用的障礙

賈寶棟

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

由于復合材料具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可用于制造汽車車身、受力構(gòu)件、傳動軸、發(fā)動機架及其內(nèi)部構(gòu)件。但在研發(fā)及應(yīng)用過程中也有許多相應(yīng)問題：

（1）注意開發(fā)低成本的材料體系，核心是低成本的碳纖維。碳纖維生產(chǎn)中2～2.5kg原絲才出1kg碳絲，PAN原絲要占成本的50～60%，繼續(xù)降低成本難度很大。國內(nèi)T700量級12K的產(chǎn)品成本約在150元/kg左右，降到100元/kg以下也有難度。但世界上已開始向該方向努力，如德國和美國、日本的行動，他們主要就是集中在低成本原絲技術(shù)的開發(fā)。其次要注意低溫快速固化、流動性好的樹脂體系的配套研發(fā)和熱塑性樹脂體系及預(yù)浸料制造技術(shù)的研發(fā)。

（2）更為重要的是要注意低成本制造技術(shù)的研發(fā)。人們往往有誤解，復合材料成本高是高在碳纖維等材料上。其實不然，其成本高關(guān)鍵是制造成本高。據(jù)知復合材料制件的總成本中，制造成本占了70～80%，材料成本只占20%左右。因此低成本技術(shù)的核心是低成本的制造技術(shù)。所以欲掃除先進復合材料在汽車工業(yè)上應(yīng)用的障礙，關(guān)鍵是研發(fā)低成本，快速成形技術(shù)，共中RTM技術(shù)占有重要地位。應(yīng)用大規(guī)模整體成型，即采用共膠接/共固化技術(shù)，大量減少零件數(shù)、緊固件數(shù)，將眾多零件做成一個整體件的技術(shù)方法。大規(guī)模整體成型乃是復合材料的優(yōu)點和特點之一，對減輕結(jié)構(gòu)重量、減少裝配時間、降低成本收效甚大，目前在航空工業(yè)飛機結(jié)構(gòu)制造中已大量應(yīng)用?？傊?，低成本制造技術(shù)的研發(fā)是克服低生產(chǎn)效率高成本障礙最重要的方面之一。

（3）復合材料技術(shù)需要設(shè)計、材料和工藝三方面密切結(jié)合，缺一不可。但這三方面中設(shè)計是牽頭的，起主導作用。故要十分注意設(shè)計技術(shù)，包括計算技術(shù)的研究發(fā)展。先進復合材料歷經(jīng)近50年的研究、應(yīng)用和發(fā)展，已取得了長足的進步并逐步走向了成熟化、規(guī)范化，只是汽車領(lǐng)域還是該方面的新軍。急需進一步學習、研究、借鑒和提高，從而建立起有汽車工業(yè)特色的設(shè)計、分析、制造和試驗驗證與鑒定驗收的一整套相關(guān)技術(shù)和相應(yīng)規(guī)范。

從世界上看，目前該項課題還存在一些認識和技術(shù)上的問題，主要的問題可有：

（1）思想認識和理念上的問題：雖然世界上對先進復合材料在汽車上的應(yīng)用近來認識上已有提高，有了一批先知先覺者，并已積極行動起來，但多數(shù)還在觀望，亦不乏反對和抵制者，阻力還是相當大的。汽車工業(yè)是一個發(fā)展多年，從設(shè)計、選材到制造有其一套成熟和穩(wěn)定的東西，驟然改變之絕非易事。為此復合材料界要和汽車領(lǐng)域的OEM建立起良好的互信關(guān)系，合作共贏，才有可為。

（2）在汽車領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用復合材料無論從設(shè)計、材料到制造均嚴重地缺乏經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，熟悉金屬結(jié)構(gòu)的汽車設(shè)計師，不大熟悉復合材料甚至不懂復合材料設(shè)計，致使如何發(fā)揮汽車上應(yīng)用復合材料獲取最大效益成了問題。因此特別要注意學習、借鑒，積累經(jīng)驗，建立數(shù)據(jù)庫，在應(yīng)用的實踐中總結(jié)提高，且不能操之過急，可能要有一個發(fā)展的過程。

（3）我們已經(jīng)知道，復合材料的生產(chǎn)制造幾乎完全不同于金屬。這就存在一個原有設(shè)備更新和改造，新設(shè)備添置和引進的問題，這對已發(fā)展成熟的汽車工業(yè)而言可能是一個長期而痛苦的過程。如原用于金屬生產(chǎn)制造的車銑刨磨鉗鍛鑄焊等工序復合材料基本不用，甚至程控數(shù)控機床等近代設(shè)備亦無用武之地，產(chǎn)業(yè)鏈將發(fā)生巨大的變化。這一切在已初步實現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)復合材料化的航空工業(yè)正在發(fā)生并積極進行中，歐美等一些先進國家正在揚棄和關(guān)閉一些用于金屬機身機翼等的制造車間和設(shè)備，轉(zhuǎn)而大規(guī)模投資興建復合材料的工廠和設(shè)備，大規(guī)模發(fā)展復合材料機械化、自動化制造技術(shù)和相關(guān)設(shè)備，由生產(chǎn)金屬零部件向生產(chǎn)復合材料制件轉(zhuǎn)進，一場革命性的變革正在悄然發(fā)生，汽車工業(yè)恐怕也要早點看到這個問題，并在思想上有所準備。

（4）還有一個重要的問題就是到期報廢產(chǎn)品的回收再利用的問題。汽車的壽命比飛機和風扇葉片等要短，一般10～15年，到壽命的汽車零部件的回收再利用在西方先進國家有嚴格的規(guī)定，如歐美日等規(guī)定到2015年汽車上報廢的零部件要有95%以上可回收再利用。這對復合材料在汽車上的擴大應(yīng)用是一個很大的制約條件，因復合材料的回收再利用較金屬難度大，特別是熱固性復合材料。過去的辦法是粉碎、焚燒和掩埋，現(xiàn)在應(yīng)研發(fā)更科學的辦法。有鑒于此，西方發(fā)達國家已著手研究解決這一問題，并已建起了多個專門的企業(yè)從事該項產(chǎn)業(yè)。目前較科學的辦法有高溫裂解，溶劑淬取等，使纖維和樹脂分離，回收再利用。相信隨人們認識的提高，重視程度的增加，科學技術(shù)的發(fā)展，此問題會逐步得到解決。

在汽車領(lǐng)域應(yīng)用先進復合材料前景是肯定的，前途是光明的，世界上的相關(guān)業(yè)界已開始積極行動起來，付諸實施。希望國內(nèi)對此能有清醒認識并付諸行動，順應(yīng)歷史發(fā)展的潮流，不落人后，在該技術(shù)領(lǐng)域跟上并能超越世界前進的雄偉步伐。

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