复合材料在汽车中应用日益广泛

fissa

中华商务网讯:

    复合材料在车辆制造中得到日益广泛的应用，迫切需要研究开发出可使产品质
量更稳定、生产效率更高、成型加工费用更低的新材料、新工艺。现在的复合材料
成型不限于手糊、模压、缠绕等，新的工艺方法如、滚动模压成型、拉挤、热压罐
等相继出现。基体树脂由传统的通用邻苯、间苯树脂、环氧树脂、酚醛树脂向高性
能的环氧乙烯基酯树脂发展，增强材料从玻璃纤维向高性能的碳纤维、芳纶纤维等
发展。这些高性能材料的使用，大大改善了复合材料的结构及性能，提高了成型速
度和制造质量，加速了复合材料在汽车上的实用化进程。相信随着车辆工业的发展
，将会开发出各种性能优异的原料材料，以满足适应和推动日益增长车辆工业的需
求。不同成型工艺，如SMC/BM、RIM、真空模塑、注射模塑和挤拉等，在车辆制造
中都有相应应用。20世纪80年代以来，许多世界著名的车辆制造商，投入大量人力
、物力开展了复合材料技术，和先进复合材料在汽车工业中的应用研究。目前复合
材料车辆制造应用日益广泛。

    80年代后期，复合材料车身外覆盖件得到大量的应用和推广，如发动机罩、翼
子板、车门、车顶板、导流罩、车厢后挡板等，甚至出现了全复合材料的卡车驾驶
室和轿车车身。在欧美等国车辆复合材料的用量，约占本国复合材料总产量的33%
左右，并呈增长态势。复合材料从制造简单的车辆非承力件到制造承力件，从车辆
的外覆件向汽车的内饰件和结构件方向发展，先后研制成先进复合材料驱动轴、板
簧和全复合材料汽车底盘和车身等。法国公SORA司为雷诺汽车公司开发了全复合材
料轿车车身和重型卡车驾驶室，上海通用柳州公司和东风公司计划推出全复合材料
家庭用小轿车。与此同时，SMC/BMC用可增稠环氧乙烯基酯树脂应用也在增长，乙
烯基酯树脂可设计符合片状模塑料工艺的要求，即增稠型乙烯基酯树脂(如FUCHEM
893)。这是一种可使固化过程分段进行的树脂，用于预浸渍料或片状模塑料，使固
化反应先进行，到A阶段然后再进行热压成型。用树脂必须有化学增稠性能，又能
保留分子中的不饱和性，使之在成型时可进行交联固化。

    为此在乙烯基酯分子上引入了酸性官能团，供稠化反应用。这种树脂较聚酯树
脂对玻璃纤维的渗透性好、有更好的流动性，使热压时压力可以减低，在B阶段又
有很快的反应速度。这种环氧乙烯基酯树脂片状模塑料可用于模压结构件，特别是
汽车上的结构件，以减轻重量。加入热塑性材料的低收缩添加剂可以改善表面性能
及低收缩性。乙烯基酯树脂SMC/BMC主要在汽车中获得应用，尤其用于制造高强度
结构件，在这些零部件中物理机械性能如强度、韧性更为重要，而外观要求相对不
高。另外，它也应用于耐腐蚀或耐热的环境。高效阻燃、低烟密度、低毒性环氧乙
烯基酯树脂，正主要应用于火车、有轨电车、地铁和轻轨等，目前我国最主要的长
途交通工具是列车，对于大型城市的市内交通而言是地铁和轻轨等。热固性复合材
料以其固有的特性，为铁路等轨道工业的发展作出了一定的贡献；普通的不饱和聚
酯树脂应用，在铁路工业上存在的主要缺点是易燃、车辆停下和乘客撤离的时间不
够。世界各国均制定了不同的阻燃标准、保护措施，和条款来保护乘客安全。

    柔性环氧乙烯基酯树脂，与传统的环氧乙烯基醋树脂相比，其延伸率更高、粘
接强度大幅提高，抗冲强度提高近4倍，层间强度提高20%，并具有独特的耐磨性。
与Kevlar纤维或其它增强材料复合，制作高强度和耐疲劳的制品，如体育或军用头
盔、帆船等。FUCHEM810树脂是橡胶改性的柔性环氧乙烯基酯树脂。该树脂在高速
列车火车头上得到应用。意大利ETR500高速列车的车头前突部分采用了芳纶纤维增
强柔性环氧乙烯基酯树脂FRP复合材料，采用真空树脂渗透工艺成型。用这种材料
成型的符合空气动力学线型要求的车头具有优异的抗冲击能力。列车以300KM／h速
度行驶时有很好的尺寸稳定性。环氧乙烯基酯树脂从20世纪60年代开发以来，在众
多工业领域得到推广应用，并逐步被用户接纳、认可，到90年代基本成为国际认可
的新型耐蚀材料的代表，其应用范围逐步取代早期的传统耐蚀树脂。随着科研力度
的加大更有不少性能及用途独特的乙烯基酯树脂得到推广或被进一步改性。

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要好好研究下。。。。

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采用PC材料的梅甘娜R26运动车限量版成功为汽车减重
加入时间：2009-2-25　编辑：chinaplas　来源：塑料商情　进入论坛 　　2008年12月9日在法国，汽车制造商雷诺公司已推出后窗和侧窗采用聚碳酸酯(PC)材料的梅甘娜R26运动车限量版。

　　在德国，WebastoAG公司正在投资1000多万欧元(8750万元人民币)将其产能翻番，为汽车企业模塑PC车窗并上釉。

　　本田汽车公司的欧洲版思域(Civic)的后窗下部就采用PC制成。汽车制造商们正在概念车上使用热塑性塑料——如用来生产全景车顶、侧窗和后窗。但在北美，PC的使用仍未获得重大突破。PC只在一款北美产汽车上得到广泛的应用，即用于通用汽车公司的部分雪佛兰科尔维特(Corvette)车型的全景车顶。但塑料业专家和汽车供应商在11月12日-13日在美国密歇根州Livonia召开的塑料在车用玻璃中应用(PlasticsinAutomotiveGlazing)2008会议上说，这种情况很快有望改变。

　　燃油经济标准的日益提高将促使汽车制造商考虑通过用PC代替玻璃来减轻汽车重量，而已在概念车中使用PC的设计师们也希望在今后几年面市的量产新车上广泛使用这种材料。

　　总部位于德国Stockdorf的Webasto公司为精灵(Smart)微型车生产PC全景车顶板，自2007年1月投产以来已生产了约17万个双射板。Webasto公司位于德国Schierling的工厂投资添置了一台Krauss-Maffei双射塑机并向德国Eisenmann公司购买了一条上漆生产线，这将把该公司的零部件年产能从16万个翻番至32万个。

　　Webasto公司的欧洲区项目经理PeterMichalsky说，Webasto公司已与汽车制造商签订了四份合约帮助其填补新产能，包括用于车顶组件的前导流板。他预期，过了2011年该厂还将进一步扩能。他说：“我们没有止步不前，我们仍在发展。［但］要凭借车用玻璃技术真正实现创新，我们还有很长的路要走。”减重是该公司可能进一步扩能的最大推动力之一。换用PC组件后，精灵微型车就将车顶组件的重量减去了5.5公斤。

　　SabicInnovativePlastics公司设在美国密歇根州Wixom的子公司—ExatecLLC公司的首席技术官StephenShuler说，当雷诺希望进一步提升梅甘娜的性能时，重量上的限制促使其将梅甘娜的后侧窗和后窗玻璃换为PC材质，ExatecLLC公司现正在研究改进PC玻璃在汽车中应用的方法。他说：“眼下，汽车业正在寻找以低成本提高每加仑哩程数的方法。”将一辆汽车减重12公斤可将燃油经济性提高近千分之三。听起来这一改进或许不是很大，但如果是整个车队的话数量就很可观了。假设一个车队有25万辆汽车，每辆车每年行驶16000公里，那么在一年中将节省近200万升的燃油。

　　但减重并不是唯一的手段。其他还有多种技术在提高燃油经济性上也显现出优势，而且从单纯的一对一交换的角度看，PC窗的价格要高于传统玻璃。而且北美对聚碳酸酯玻璃的防刮擦标准也与欧洲或日本有所不同，这是供应商需要克服的另一个阻碍。

　　不过，塑料业可拿起第二件利器来增强PC的说服力，那就是设计。聚碳酸酯使汽车制造商有可能开发出透明的整体部件。在合并零部件的基础上再结合此类设计，可使一整块板材环绕于汽车后部并将尾灯包含在其中。

　　梅甘娜运动车所用的PC采用Exatec公司开发的“遮光油墨(blackoutink)”技术营造出多种色彩，从而提高了设计的灵活性。Exatec公司还开发了一种模内薄膜——ExatecE900Grafx——可让模塑商生产出带有复杂的多色图案的PC，同时仍可上釉以防刮擦。

　　总部位于德国BadSalzuflen的Plastics-DesignGmbH公司总经理StefanGrunhagel说，除帮助推广PC的应用范围外，设计还应发挥更大的作用：“一旦人们对PC做出改良，必定对其形状也将做永远的修改，到那时就不会再想换成以前用的玻璃了。”

塑料技术预览软件简化塑料产品设计

　　美国加州SAN RAFAEL消息，世界领先的设计创新技术公司Autodesk宣布基于Autodesk实验室推出Autodesk创新塑料技术预览软件。此Autodesk创新软件的预览版本用于数字原型的Autodesk解决方案基础通过简化塑料产品设计的令人兴奋新技术，从而可让设计师和工程师们自动地制造薄壁塑料部件并添加特性如格栅，支撑，浮雕，按扣，容器口，沟槽和饰线等。

　　Autodesk工业设计产品，最近获取的PlassoTech高级产品模拟技术和Moldflow注塑模拟技术相联合，创新塑料特性技术预览将会增强Autodesk解决方案在数字原型市场上需要使用塑料部件领域的竞争力。

　　“塑料是快速增长的工程材料之一，并且Autodesk致力于为客户提供可放大，可获取并且高效的数字原型技术，从而推动他们的设计生产率和创新达到一个新的高度，” Autodesk制造解决方案的高级副总裁Robert "Buzz" Kross说道。“我们鼓励每一个人都参与到塑料设计中来?而不仅仅是目前的创新用户?尽力使创新塑料特性和经验为他们所服务。”

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汽车的减重计划以及刚度与强度的关系 汽车的减重计划以及刚度与强度的关系

汽车的长期减重计划

谈到车身结构设计，汽车工程师们最高指导原则便是在不降低刚度和强度的情况下减重。特别是最近几年燃油不断涨价，再加上汽车相关的环保标准越来越严格，汽车工程师一直在寻找方法将汽车减重，以求得更佳的燃油经济性，并且减少废气排放。

过去的几十年汽车的重量确实得到了卓有成效的减轻，也越来越省油。然而汽车减重的努力路途依然遥远，一方面政府对于省油性和废气排放的标准只会越来越严，不可能放松，另一方面车厂之间彼此在汽车省油性上的竞争也越来越激烈，汽车工程师仍然必须继续寻找减轻车重的新方法。

汽车工程师们为车身结构减重主要有两种策略，一是从结构设计着手，希望寻找更有效率的结构设计概念。另一方面则是从材料着手，寻求更高质量、更稳定的钢铁材料和更经济的制造方法，或者是更轻的替代材料。

车身结构轻量化

汽车减重像是一个连锁反应，起源便是车身结构的轻量化，如果车身结构可以设计得更轻，则悬架承载的重量减少，相应得底盘也可以减得更轻，汽车发动机要拉动的重量减少，又可以搭配排气量较小、较轻的引擎。

旧式的轿车及现在的卡车和部分客车是采用所谓“非承载式(full frame)”车身，即车身下方有一个以车架为承载负荷的主体，车身钣金件只是附加在车架上的铁皮而已，在结构上承载负荷的功能较小。近年来车身结构设计的思考已经转变成所谓“单体化(unibody)”架构，即“全承载式车身”，概念上是说车身结构由成型的钢梁和冲压的钣金件焊接结合为一个整体刚性的车壳，基本是所有钣金件都参与承载车身结构负荷。汽车业把这个刚性的车壳叫做“白车身(body in white)”，行话就简单叫做“BIW”。BIW通常占了车身重量的30%，是前面提到的汽车减重连锁反应的源头，在这个部分减重对于最终车身重量的减轻可以达到加倍的效果。

另外结构先进的话，也可以减轻重量，例如大家知道自然界为什么很多植物的秸秆都是圆的吗？那是自然选择的结果。原因是同样的材料，圆形的刚度更好，更不宜折断。


在车身中使用更轻的材料

汽车工程师们也都知道车身结构减重的重要，长期投入结构设计研究的结果是现代汽车的结构设计都已经非常成熟，要从中间再挤出改进的空间也越来越难。在结构设计上减重的策略逐渐达到极限时，汽车工程师开始转向第二个策略，注意如何在钢制的车身中使用密度较小的材料，例如塑料或铝合金等。

汽车材料的改变首先从内饰开始，例如现在几乎所有汽车仪表板都使用塑料材料，装饰护板也大都是轻量化的塑料。此外发动机缸体也逐渐从沉重的铸铁改采铝合金制造，特别是讲究轻量化的高性能车种。 钢铁材料使用的减少另一个原因是高强度的钢板被广泛使用，高强度的钢板其强度大约是一般低碳钢两倍，目前车身上大约20%的钢铁材料是这种高强度钢，使用比例还在继续稳定增加。采用高强度材料因为其强度较高，较少的材料也可以达成原先相同的结构强度，对于减轻整体重量自然也有帮助。

不过尽管汽车工程师们尝试寻找替代材料，钢板仍是现代汽车车身结构的材料最佳选择，在可预见的未来大概也一直会是如此。理由很简单，钢板仍是汽车制造最符合成本的材料，如果论重量计算的话，一般钢板材料的成本大约是铝合金的20%多一点，要用到复合材料的话成本更要贵上十几倍，而即使是使用高强度钢料，材料成本也只增加10%~15%。除了原材料成本低之外，汽车业界对于使用钢板为生产材料，早已累积了非常丰富的经验，钢板材料很容易成形，其强度、耐久性、耐冲击性都经过时间的证实。加上汽车厂在现有钢板成形、组装、回收设备上早已作了大量投资，除非突然有严厉的新法规出现，或者材料科技又重大的创新，不然很难看出钢铁制的车子近期内会有什么大改变。

fissa

高强度的钢铁材料

OK，汽车终究还是要用钢来制造。钢制的车子想要减重，唯一可做的是就是，用比较少的钢。前面提到实务上的作法之一，就是改采高强度的钢铁材料。

这里必须先解释一下，所谓材料的“强度”，概念上是说，材料承受多大的力时会发生破坏。钢铁材料有非常多，同样是铁，含碳的成分、合金的成分、或者制造、热处理的方式不一样，承载负荷的强度便会差异非常大。例如高强度低合金钢High-strength low-alloy (***LA) steel掺入了稀有金属钛和铌，强度可以达到中强度低合金钢的两倍。

不过不管是什么钢，金属的本质还都是铁，强度可以差好几倍，密度却是完全一样的，意思是说，同样的体积不管是什么钢，重量完全一样。因此前面提到采用高强度的钢料，更细、更薄的结构也能达成同样的强度，材料就可以用的更少一些，重量就可以减少一些。

高强度低合金钢已经被发现几十年了，但是用在汽车上只是最近十几年的事，在现代汽车中60%的钢铁材料都是高强度或中强度钢。***LA钢板成形的可塑性较差是重要的缺点，也是目前材料工程师研究的重点。***LA还不是强度最高的，再往上去还有强度更高的钢铁材料，但是这些材料不是成本过高，就是可塑性过差，或者有焊接、镀锌困难等问题，因此在汽车工业上采用不多。

强度设计或是刚性设计？

您会问，既然这些高强度的钢料可以进一步减轻车身重量，材料成本也增加不多，如果制造上的问题可以克服，那么何不整部车都采用高强度的材料呢？

这个问题其实很深刻，不是机械行业的很难有清楚的概念。

这里首先要理清一个观念，强度其实不是结构设计上的唯一考虑，甚至不是主要考虑，在汽车结构设计上，最主要的考虑因素是“刚性”。

结构的强度和刚性字面上感觉起来似乎没什么不同，但在结构设计专业上可是完全两码子事儿。前面提到结构“强度”的概念是结构受到多大外力时会产生破坏，在汽车结构上只有大约20%的结构件以强度为最重要考虑，主要是车身结构上处理冲击负荷的部分，例如车前冲击纵梁、车身B柱等，通常我们希望在这些主要承受冲击的零件采用高强度钢。

刚性英文是“stiffness”，而在描述汽车结构时常用的英文字则是“rigidity”，
刚性主要的概念是结构受到外力时产生变形量的大小，简单的说，受到同样外力变形量很大，表示结构刚性差，变形量小则表示结构刚性好。

早先车身设计上对刚性的考虑只要不要让汽车过度变形，门还可以关上就好。现代汽车提升刚性则成为车身结构设计上真正的焦点。除了提升安全性之外，车身刚性提升还可以改进汽车的操控性和行驶性能，减低发动机或路面不平造成的振动。

材料的刚性是由其“弹性模数(modulus of elasticity)”来代表，就像弹簧都有“弹簧常数”，弹簧常数越大，表示弹簧越“硬”，施力时的变形量越小—刚性越大。这里要提出另外一个重要的概念是，钢铁材料强度的变化范围非常大，但是不管什么钢，弹性模数都是一样的。

简单的说就是强度好代表材料不宜断，但是可能变形大，可以说是“柔韧”，而刚度好代表可能比较硬但是容易断，就平常说的“比较脆”。

提升车身结构的刚性

所以如果结构设计的设计目标是提升刚性，使用高强度钢板不会有任何帮助，因为材料的弹性模数不会改变，如果你要将车子现有的单体结构BIW刚性提高，唯一可以用的策略是增加钢料，其中的学问是如何把钢料补强在最关键的部位，增加少量钢料即能大幅提升刚性。也就是说，如果你在追求减重，采用强度相同但是较薄的高强度钢板，那么刚度就会降低。因此又要在某些要求刚度较高的部位增加钣金厚度。这就形成了一个矛盾，一方面减轻了重量，另一方面又增加了重量。

另外一个有趣的现象是，铝的密度大约是钢的三分之一，但是铝的弹性模数大约也只是钢的三分之一。意思是说，同样的结构采用铝合金材料重量会是采用钢铁材料的三分之一，但是结构刚性也只是采用钢铁材料的三分之一，因此如果同时希望提升刚性和减轻重量的话，要不要改采铝合金材料，这个算盘可就得好好算一算了。


    简言之就是，采用薄钢板的车身不一定不好，它可以是高强度钢和先进的结构；采用厚钢板的车身也不一定好，它可能是车身减重的技术水平不够。总之一句话，只要达到国家相应标准，采用什么材料不重要。

    最后给您一个家庭作业，测量一下您的爱车刚性够不够。找一个路边人行道之类的，把车子开上去，但是只有一个轮子挂在路肩上。这时候车身重量分布不均匀，一定会造成车身结构的变形，试试看开关您的车门，如果车子刚性不好，门框变形量太大，车门可能会关不起来。其实专业厂家测量车身刚度的方法也就是所谓的单轮悬空法，与上述原理一样。

KANON

我喜欢塑料和陶瓷

maxfree_gz

PU翼子板！

fissa

我也想啊。。。307就是

PU翼子板！
maxfree_gz 发表于 2009-11-12 23:35

                               
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