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玻璃鋼復合材料在汽車工業(yè)中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展方向

發(fā)布時間:2021.03.13;閱讀次數(shù):6325次
汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),近幾年來已取得迅猛的發(fā)展。汽車工業(yè)的快速發(fā)展導致了汽車保有量的急劇增加,同時也給社會帶來了三大問題:能源匱乏、環(huán)境污染、安全問題。汽車節(jié)能、環(huán)保、安全既是國際汽車技術的發(fā)展方向,也是我國汽車產(chǎn)業(yè)政策的要求。減少燃料消耗和降低對環(huán)境的污染已成為汽車工業(yè)發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展急需解決的關鍵問題。實現(xiàn)汽車輕量化,是節(jié)省能源的最有效的途徑之一,也是國際先進汽車制造商所追求的重要目標。汽車輕量化一方面決定于材料工業(yè)的發(fā)展,另一方面取決于提高汽車性能。采用高性能輕質(zhì)材料是實現(xiàn)汽車輕量化的一條重要途徑,如選用鋁、鎂、鈦等合金、高強度鋼、工程塑料和復合材料等,用以制造汽車車身、底盤、發(fā)動機等零部件,可以有效的減輕汽車自重,提高發(fā)動機效率。據(jù)估計,汽車重量每減輕10%,就會節(jié)省6%~8%的燃料。 作為構成汽車以塑代鋼的重要輕量化材料——玻璃鋼/復合材料,與汽車節(jié)能、環(huán)保、安全有著密不可分的關系。采用玻璃鋼/復合材料制造汽車車身殼體及其他相關部件,是使汽車輕量化最有效的途徑之一;玻璃鋼/復合材料的問世,為汽車造型設計提供了重要的變革條件,利用其設計自由度大和成型方便的特點為汽車產(chǎn)品的造型、功能增添了新奇與美感,實現(xiàn)汽車車身流線型的設計理念;同時,玻璃鋼/復合材料還具有安全、低噪音、保溫隔熱等優(yōu)良性能。由于汽車的質(zhì)量減輕,滾動阻力減少,進而收到降低油耗、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染以及保證安全等一系列效能。 玻璃鋼/復合材料在汽車領域的應用,始于20世紀50年代的美國和歐洲、日本等發(fā)達國家;現(xiàn)已廣泛應用復合材料制造轎車、客車、載貨車、拖拉機、摩托車以及賽車、冷藏車、工程車等車身及相關部件。 
一、玻璃鋼/復合材料在汽車工業(yè)中的應用現(xiàn)狀 
1.汽車玻璃鋼/復合材料應用概況 自從1953年世界上第一部FRP汽車——GM Corvette制造成功以后,玻璃鋼/復合材料即成為汽車工業(yè)的一支生力軍。傳統(tǒng)的手糊成型工藝只適于小排量生產(chǎn),無法滿足汽車工業(yè)不斷發(fā)展的需要。在20世紀70年代開始,由于SMC材料的成功開發(fā)和機械化模壓技術以及模內(nèi)涂層技術的應用,促使玻璃鋼/復合材料在汽車應用的年增長速度達到25%,形成汽車玻璃鋼制品發(fā)展的第一個快速發(fā)展時期;到20年代90年代初,隨著環(huán)保和輕量化、節(jié)能等呼聲越來越高,以GMT(玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料)、LFT(長纖維增強熱塑性復合材料)為代表的熱塑性復合材料得到了迅猛發(fā)展,主要用于汽車結構部件的制造,年增長速度達到10~15%,掀起第二個快速發(fā)展時期。作為新材料前沿的復合材料逐步替代汽車零部件中的金屬產(chǎn)品和其它傳統(tǒng)材料,并取得更加經(jīng)濟和安全的效果。 
2.玻璃鋼/復合材料汽車零部件主要分為三類:車身部件、結構件及功能件。 1.車身部件,包括車身殼體、車蓬硬頂、天窗、車門、散熱器護柵板、大燈反光板、前后保險杠等以及車內(nèi)飾件。這是玻璃鋼/復合材料在汽車中應用的主要方向,主要適應車身流線型設計和外觀高品質(zhì)要求的需要,目前開發(fā)應用潛力依然巨大。主要以玻璃纖維增強熱固性塑料為主,典型成型工藝有:SMC/BMC、RTM和手糊/噴射等。 2.結構件:包括前端支架、保險杠骨架、座椅骨架、地板等,其目的在于提高制件的設計自由度、多功能性和完整性。主要使用高強SMC、GMT、LFT等材料。 
3.功能件:其主要特點是要求耐高溫、耐油腐蝕,以發(fā)動機及發(fā)動機周邊部件為主。如:發(fā)動機氣門罩蓋、進氣歧管、油底殼、空濾器蓋、齒輪室蓋、導風罩、進氣管護板、風扇葉片、風扇導風圈、加熱器蓋板、水箱部件、出水口外殼、水泵渦輪、發(fā)動機隔音板等。主要工藝材料為:SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纖維增強尼龍等。 4.其他相關部件:如CNG氣瓶、客車與房車衛(wèi)生設施部件、摩托車部件、高速公路防眩板和防撞立柱、公路隔離墩、商品檢測車頂柜等。 
(二)歐美等發(fā)達國家汽車玻璃鋼/復合材料的應用現(xiàn)狀 
1.玻璃鋼/復合材料在汽車上應用最廣泛,玻璃鋼/復合材料工業(yè)科技水平最先進的,首推美國。 美國是世界上第一大玻璃鋼/復合材料生產(chǎn)與消耗國,美國在汽車上大量采用玻璃鋼/復合材料,使汽車輕量化取得了顯著效果。據(jù)美國復合材料制造商協(xié)會統(tǒng)計,2005年美國玻璃鋼/復合材料總產(chǎn)量為326萬噸,其中熱固性復合材料186萬噸,熱塑性復合材料140萬噸。據(jù)估算,目前美國汽車用復合材料年消耗量超過70萬噸;其中32%的熱固性復合材料用于汽車及其相關領域,相當一部分部件采用了SMC模壓工藝。在美國,有65%的美國轎車采用SMC作前臉和散熱器護柵板;95%以上汽車前燈反射鏡已采用BMC作為主要材料。復合材料在汽車上的應用幾乎涵蓋了美國本土的所有汽車制造廠家,如通用汽車、福特汽車、戴姆勒·克萊斯勒(DC)三大汽車公司以及Mack、Aero-star等重型車廠。 最新應用實例如下: 
1)GM EV1全FRP車身電動汽車,包括SMC車頂、SMC發(fā)動機蓋、SMC后背廂蓋、SMC車門、RRIM前翼子板、RRIM前后面板、RRIM后角板和后輪襯板、SRIM全空氣動力學前面板、玻纖增強PUR儀表板、RTM底盤。 
2)Ford Calaxy前端支架(GMT)、Focus/C-MAX前窗下飾板(SMC)、Thunderbird前端板、發(fā)動機蓋板、前翼子板、后背廂蓋、后座蓋板(SMC)、Cadillac XLR門板、后背廂蓋、翼子板、前端板(SMC)、Lincoln Continental發(fā)動機蓋、翼子板、后背廂蓋(SMC)等。 
3)Chrysler Crossfire后導流板、擋風玻璃蓋板/a-立柱(SMC);Maybach 后背廂蓋(SMC);Alfa Romeo Spider和Smart Roadster等的發(fā)動機蓋板、后背廂蓋(SMC) 等。

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