轻量化——复合材料为汽车减重
复合材料在汽车上的应用 SAMPE中国年会
刘明昌 2013年11月5日
报告内容
一、复合材料在汽车上的应用现状
二、热塑性复合材料在汽车上的应用
三、热固性复合材料在汽车上的应用
四、我们复材如何在汽车上应用
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一、复合材料在汽车上的应用现状
一、复合材料在汽车上的应用现状
二、热塑性复合材料在汽车上的应用
油耗
0.3L~0.6L/百公里
电动车辆 车身质量 行程 10% 8% 100Kg
——复合材料在上汽乘用车上的应用，胡仁其 高级经理，上汽乘用车中心实验室
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
2.2 整车轻量化的途径 轻质材料 高强钢 轻合金 复合材料 …
结构优化设计 等强度设计 形状拓扑优化 集成化设计 …
汽车轻量化
先进制造工艺 激光拼焊板 连续变截面板 空心连续变截钢管 自冲铆接 …
复合材料的使用时整车轻量化的主要途径之一。
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
2.3 典型乘用车所用材料
高分子复合材料具有比强度、比模量大,耐疲劳性能好,阻尼减震性好，破损安 全性高和耐腐蚀性能优越等特点，因此高分子复合材料的使用能够在使得汽车在 节能减重的同时更具安全和舒适性。
有人称，2013年是复合材料汽车元年
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一、复合材料在汽车上的应用现状
1.1 汽车工业成为复合材料的最大用户 统计显示，全世界平均每辆汽车的塑料用量在2000年就已达105千克，约占汽车总重量 的8%~12%。而发达国家汽车的单车塑料平均使用量为120千克，占汽车总重量的12%~20%。
近两年，车用塑料的最大品种――聚丙烯，每年以2.2%~2.8%的速度加快增长，预计到2020
年，发达国家汽车平均用塑料量将达到500千克/辆以上。 目前，德国奔驰高级轿车塑料及复合材料用量已经达到150千克/辆，而奥迪车就更多了， 如奥迪A2型轿车，塑料及复合材料件总重量已达220千克，占总状
1.2 复合材料在汽车上的应用历程 在塑料及其复合材料在汽车上的应用历程上，中航复合材料有限责任公司李宏远副总 经理的“复合材料在汽车领域的应用”报告认为：
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
2.3 典型乘用车所用材料 基体材料 环氧树脂 聚氨酯 聚丙烯 尼龙 …… 高分子复合材料 纤维 碳纤维 玻璃纤维 天然纤维 ……
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
2.3 典型乘用车所用材料
材料体系 铝合金 钢（结构用） SMC BMC LFT 玻璃纤维/聚酯 单向 织物 单向 织物 单向 结构铺层 单向 结构铺层 拉伸强度 （MPa） 420 1200 80-250 30-60 96-340 1245 550 1795 820 1760 810 2100 1010 拉伸模量 （GPa） 72 206 10-16 10-12 9-20 48 22 56 26 130 60 130 60 密度 （g/cm³） 2.8 7.8 1.7-1.9 1.8-2.1 1.4 2.0 比强度MPa/ （g/cm³） 151 153 53 146 623 275 898 410 1100 506 1310 631 比刚度 GPa/（g/cm³） 26 26 5.3 10 24 11 28 13 81 38 81 38
1. 该解决方案是为提高结构和降噪性能而开发的 2. 采用单一的复合材料（可以回收利用） 3. 减轻重量， 降低成本
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
应用举例—引擎降噪板/底部护板
OEM
BMW
车型
产量 重量 (6 parts)
7 series
55.000 cars 6,7 kg
供应商
部件加工商 工艺路线 使用材料 优势
洋麻 亚麻
木纤维 亚麻 亚麻 木纤维 洋麻 亚麻
聚丙烯 聚丙烯
酚醛树脂 聚丙烯 聚丙烯 聚丙烯 聚丙烯 聚丙烯
50 50
85 50 50 50 50 50
座位靠板/货车车厢 地板
备胎盖/车身后壁板
其他内装饰件
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
应用举例—引擎降噪板/底部护板
工艺：LFT粒子注射成型 D-LFT模压成型 OEM’s: Mercedes BMW VW VW E-class 7-series Polo Golf 注射成型 注射成型 模压 模压
2016年 350Kg 2020年 290Kg
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
一、复合材料在汽车上的应用现状
二、热塑性复合材料在汽车上的应用
三、热固性复合材料在汽车上的应用
四、我们复材如何在汽车上应用
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
2.1 整车轻量化的意义 燃油车辆 车身质量 燃油效率 10% 6%~8% 100Kg
二、热塑性复合材料在汽车上的应用
三、热固性复合材料在汽车上的应用
四、我们复材如何在汽车上应用
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三、热固性复合材料在汽车上的应用
3.1 热固性复合材料在汽车上的应用 从目前热塑性复合材料和热固性复合材料在汽车上的应用来看，热塑性复合材料主要 是应用于非承受力或次承受力的结构件，而热固性复合材料主要应用于主承受力结构上，
玻璃钢的模量低，刚度不足，不能用于主承力结构，故在定义上不属于先进复合材
料，目前能用于主承力结构的复合材料就是碳纤维复合材料。 碳纤维复合材料由于其自身独具的强度，刚度特性可以挑战钢用于汽车的主承力结 构，如受力骨架，车顶、底盘、侧板、车门、帽罩、保险杠、翼子板、轮毂、传动轴以
至板簧等部位，车种则包括赛车、高档跑车、轿车、客车、货车及各种特种车上。
比如层合板、加筋板和夹层结构等。
重型卡车
中型卡车 轻型卡车
客车
SUV 其他
热固性复合材料在车辆领域中的使用比例
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三、热固性复合材料在汽车上的应用
3.2 汽车用热固性复合材料的种类 （1）玻璃钢
美国早于上世纪50年代中期开始了这一进程，如1953年美国的通用汽车公司研制
了一个全玻璃钢复合材料的跑车Corvette，此后玻璃钢被 广泛应用在汽车的顶盖、前端 框架、后举门、前后保险杠、前后翼子板、挡泥板、座椅骨架、底部护板、车门、进气 岐管、散热器罩等结构和功能部件上。 （2）碳纤维复合材料
长线粒料（LFT） 在乘用车上的应用
目前，汽车上使用的玻纤增强塑料主要有玻纤增强PP、玻纤增强PA66或PA6以及少量PBT、 PPO材料 。
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
2.5 热塑性复合材料在乘用车上的应用
据统计，汽车行业的LFT消耗量约占世界LFT行业总消耗量的80%。而在汽车行业中，欧 美LFT消耗量大约占95%，其中欧洲占80%，美国占15%。业内类似的研究使得长纤维增强 热塑性材料（LFRT）在重型卡车和大规模公共交通运输领域被广泛关注，休闲车（RV） OEM制造商更是表示，探索热塑性复合材料能够帮助他们“车辆上的房子”性能更为优越。 玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)，是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种， 主要用于生产多功能支架、仪表板托架、座椅骨架，发动机护板、蓄电池托架等。
三、热固性复合材料在汽车上的应用
四、我们复材如何在汽车上应用
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一、复合材料在汽车上的应用现状
复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理 或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。由于复合材料的范围较广，分类较多， 本报告中涉及的复合材料均为高分子复合材料，其基体材料为热固性树脂和热塑性树脂。 由于复合材料具有高的比强度和比模度、抗疲劳性能好、良好的破裂安全性能、优良 的高温性能、减震性能好、成型工艺简便灵活及可设计性强等特点，复合材料越来越多的 应用于汽车行业；而且复合材料可设计性强、开放周期短以及减轻整车重量的优势，国内 外都在大力研发汽车用复合材料和复合材料汽车。 随着汽车工业的不断发展，节能、安全、轻量化将成为未来汽车的主要发展方向，而 具有刚性大、强度高、重量轻等特点的复合材料正好顺应了汽车的发展趋势。因此，复合 材料在汽车产业的应用就变得尤为重要，其在汽车上的广泛应用前景和发展趋势，必将导 致未来汽车材料的巨大革新。
Faist
Polynorm 挤出模压成型 StaMax P 30YK430 综合成本比GMT更低，对汽车底部的保护较好
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
应用举例—引擎降噪板/底部护板
OEM
DCX
Vehicle
产量
E-class
250.000 cars
部件重量 5 kg
供应商
加工商
Polynorm
玻璃纤维毡增强 热塑性复合材料 (GMT)在乘用车 上的应用
蓄电池托架
发动机护板
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
2.5 热塑性复合材料在乘用车上的应用
连续玻璃纤维和玻璃纤维通过合理的设计制造座椅骨架
德国化工巨头巴斯夫公司和法国汽车配件集团佛吉亚公司联手设计了一种复合材料汽 车座椅骨架。这种骨架用连续玻璃纤维和尼龙注塑成型，比传统的汽车座椅减少了泡沫塑 料和金属用量，比传统金属骨架轻20%、薄30%。最重要的是，它减少了座椅中75%的 泡沫用量。佛吉亚公司预计这种座椅在2014年就能进入主流汽车市场。目前这种座椅有 两种设计形式，都采用暴露的骨架来减少材料用量。
上汽乘用车中心实验室胡仁其高级经理在报告中单独提出来了这个应用
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二、热塑性复合材料在汽车上的应用
2.5 热塑性复合材料在乘用车上的应用
天然纤维增强热塑性树脂复合材料在汽车内装饰件上的应用
汽车零部件 车门板/衬垫 纤维种类 洋麻/大麻 木纤维 聚合物 聚丙烯 聚丙烯 纤维含量 50 50