長纖維增強熱塑性復合材料在汽車輕量化的應用

周瑜

摘要：隨著國內(nèi)汽車數(shù)量劇增，汽車制造業(yè)得到快速發(fā)展，現(xiàn)階段新型材料的使用，不僅僅提高了汽車的機械性能，更是實現(xiàn)了汽車輕量化的目的。本文對長纖維增強熱塑性復合材料于汽車輕量化做一個分析，同時對現(xiàn)階段纖維增強熱塑性復合材料在汽車輕量化的應用做一個介紹。

關(guān)鍵詞：長纖維增強熱塑性復合材料；汽車輕量化；節(jié)能減排

引言：

長纖維增強熱塑性復合材料，相比于短纖維增強熱塑性復合材料存在諸多優(yōu)勢，在現(xiàn)在節(jié)能減排的倡導下，國家對于這種新型材料的研究與應用十分重視。在汽車制造行業(yè)中，加大這種新型材料的應用研究，對提高汽車性能與低碳生活的實現(xiàn)都有著巨大意義。

一、長纖維增強熱塑性復合材料概述與其優(yōu)勢

1 長纖維增強熱塑性復合材料簡介

如今工程塑料與熱塑性玻璃鋼材，因其優(yōu)越的力學性能，被廣泛的應用到汽車設計中。但是如今對于汽車的機械性能要求更高，使得長纖維增強熱塑性復合材料也稱為“LFT”開始大量應用于汽車產(chǎn)業(yè)。

LFT材料采取電纜包覆等形式將其與PP、PA等材料復合，代替原來的短纖維。通過注射、模壓等工藝，制成性能更高的汽車部件，比如汽車的保險杠、備胎、儀表盤。

2 長纖維增強熱塑性復合材料的優(yōu)勢

LFT與傳統(tǒng)汽車制造材料相比有諸多優(yōu)勢。與金屬相比，LTF材料密度更加小，但是強度卻比金屬材料高很多。其制作加工過程也更加靈活，材料后期的回收與二次加工率較高。因為LFT材料輕質(zhì)的特點在加工環(huán)節(jié)對設備要求相對較低，減少了生產(chǎn)成本，同時實現(xiàn)了汽車輕量化，增加了汽車的力學性能；與短玻璃纖維增強塑料相比，LFT因為有特別的螺桿、模頭等完善的LFT技術(shù)，可以生產(chǎn)出更長的纖維，大大提高了力學性能，在抗沖擊、抗腐蝕等方面都比短玻璃纖維增強塑料強；與GMT相比（短玻璃纖維增強塑料）GMT其纖維與PP相容性不是很好，在受到壓力時纖維流動性差，所以采取此材料的一些汽車零件玻璃纖維分布不均勻，產(chǎn)生局部強度不足的問題，而LFT不存在此問題，其生產(chǎn)出的制品里纖維呈現(xiàn)均勻的分布狀態(tài)，不存在局部強度低的問題。

二、汽車輕量化的意義與途徑

1 汽車輕量化的意義

1.1 實現(xiàn)了節(jié)能減排

隨著各個國家的現(xiàn)代化建設，汽車數(shù)量迅猛增加。每年汽車排出的尾氣都對環(huán)境造成了巨大壓力，現(xiàn)階段節(jié)能減排的理念深入人心，國家政府也對很多新能源事業(yè)、節(jié)能減排的生產(chǎn)行為給予鼓勵與政策支持。國外有研究表明汽車每降低100公斤，沒100公里大約可以節(jié)省0.6升的燃油。在汽車制造過程中大量使用鋁合金材料，一輛汽車大約可以減輕300公斤，在汽車整個壽命期中大約能減少20%的排放量。因此汽車輕量化實現(xiàn)了節(jié)能減排，降低了對能源的使用，減少了二氧化碳等氣體的排放，為我們生活的環(huán)境減輕了壓力。

1.2提高了汽車的性能

汽車輕量化提高了汽車在很多方面的性能，車輛不僅僅更加穩(wěn)定，而且減少了汽車慣性，在發(fā)生碰撞時受到的損失大大減小。同時輕量化降低了汽車噪音、振動，提高了汽車的加速性能。

2 實現(xiàn)汽車輕量化的途徑

2.1 對車身結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計

在汽車結(jié)構(gòu)設計階段，可以對汽車結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，減少零件的使用量，同時盡量讓構(gòu)件薄壁化、小型化或者中空化等。在保證汽車正常的使用、以及性能要求下，盡量采取先進的結(jié)構(gòu)，尤其是對于自重大且結(jié)構(gòu)復雜的部位進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化減重效果很明顯。

2.2 采用輕質(zhì)高強的材料

隨著生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)工藝的提高，很多新型的輕質(zhì)、高強產(chǎn)品進入汽車制造業(yè)。通常有鋁合金、鎂合金、鈦合金、工程塑料和各種高強度復合材料。這些材料有著各自的特點，在制造環(huán)節(jié)，結(jié)合零件部位的要求盡量選擇質(zhì)量輕的材料。

2.3 采取先進的制造工藝

在生產(chǎn)中結(jié)合材料本身特點，選取先進的制造工藝也是可以減小汽車質(zhì)量。比如。對于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的承載式車身，可以采取激光焊接、模壓成型等先進技術(shù)，反復對變截面的型材進行擠壓、內(nèi)高壓成形等技術(shù)使質(zhì)量減小，

三、長纖維增強熱塑性復合材料在汽車輕量化的應用

采用長纖維增強熱塑性復合材料，可以實現(xiàn)汽車的輕量化，做到節(jié)能減排，目前新材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)得到國家重視，并在在這方面給予了很多政策扶持?，F(xiàn)在LFT已經(jīng)在汽車前端、儀表盤、離合器等方面得到應用。下圖為LFT在汽車中的應用情況，LFT材料在汽車中大量應用，以下就選取幾個代表性部位進行介紹。

1 進氣歧管

現(xiàn)在很多汽車的進氣歧管都是采取的塑料進氣歧管，相比于以前的鋁材產(chǎn)品，減少了約60%的質(zhì)量，大大節(jié)省了汽車燃料、與汽車機械性能。2010年大眾汽車開始采用長玻纖增強聚丙烯復合材料，此材料可以借助現(xiàn)有的設備進行生產(chǎn)，不但減小了進氣歧管的質(zhì)量，更提供了優(yōu)越的阻尼性。

2 汽車前段模塊

曾今大眾公司一款車型的前段模塊采取的是金屬材料制造，高達7個零件，后采取了LFT，經(jīng)改造后零件數(shù)量僅僅有1個，前段模塊質(zhì)量減少了60%。

3 離合器

汽車的離合器常年處于高溫環(huán)境，同時也在較大的壓力中，因此長期使用汽車離合器會出現(xiàn)各種問題。以前汽車的主動缸以及從動缸都是采取金屬制品。如今將此部位利用LFT制作，不僅僅大大減小了質(zhì)量，而且提高了離合器的強度，使其能在惡劣的環(huán)境中長期正常使用。

4 車轂

車轂是汽車的承力部位，其使用LFT材料相比于車身而言減重效果更加明顯，同時質(zhì)量的減小會大大提高汽車的動力性能。

參考文獻：

[1]魏莉霞，馬鳴圖，楊潔等.長纖維增強熱塑性復合材料在汽車輕量化上的應用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2013，（9）：45-52.

[2]李正其，龍仕彰，張鵬等.長纖維增強熱塑性復合材料在汽車前端模塊中的應用[J].汽車工程師，2012，（2）：52-55.

[3]楊潔，高夢鸞，李志通等.長/短纖維增強熱塑性復合材料注塑工藝模擬[J].塑料工業(yè)，2015，43（3）：81-84，89.

[4]莊輝.長纖維熱塑性復合材料的制備，性能和成型[D].華東理工大學，2011.