（4）轻量化隔音降噪功能NVH高分子材料及其应用 技术；
轻量化是当今汽车材料发展的主要方向。据分析，汽车一般部件重量每减 轻1％，可节油1％；运动部件每减轻1％，可节油2％。根据最新资料介绍， 国外汽车自身质量同过去相比已减轻了20％-26％。预计在未来的10年内， 轿车自身的重量还将继续减轻20％。 塑料及其复合材料是重要的汽车轻质材料．不仅可减轻零部件约40％的质 量，而且还可使成本降低40％左右。据统计，世界上平均每辆汽车对塑料 的用量在2000年就已达到105kg，约占汽车总质量的8％--12％。发达国家 车用塑料现已占塑料总消耗量的7％--11％，预计不久将达到10％一1 1％。 位于加州的特斯拉汽车公司生产的 双人座纯电动汽车特斯拉Roadster 跑车（Tesla Roadster Sport）在 底特律车展上大放异彩。特斯拉 Roadster最大的特点就是高功率和 轻重量。当然，如此轻的车身重量 ，还是由于制造过程中，使用了碳 纤维/环氧轻质复合材料。车身面板 采用三明治结构，面板为碳纤维复 合材料，芯材为玻璃纤维和聚合物。
B．长纤维增强热塑性复合材料（LFT）
• LFT增强材料是纤维连续纱或者短切玻璃纤维（适合于 LFT-D），其组成材料可以是玻璃纤维、芳基纤维、碳纤 维、钢纤维和其他能够形成连续纱的纤维。LFT-G的基体 聚合物可以是各种热塑性塑料，常用的有PP（56％）， Nylon（32％），其他的还有ABS、PPS、TPU、POM等等。 为了改善界面强度，通常还需要界面改性剂，如偶联剂以 及相容剂。
•
LFT材料现在广泛应用在汽车工业中。Ticona公司的LFT 产品（Celstran和Compel）成功的应用在VW Golf Ⅳ型上。
C．天然纤维增强热塑性复合材料（NMT）
• 传统的纤维增强复合材料是由玻璃纤维、芳香族聚 酰胺纤维或碳纤维等人造合成纤维组成的，它们一 般都存在着耗能大、造价高、易造成环境污染等问 题。天然纤维(如麻纤维、竹纤维、甘蔗渣纤维等) 具有价廉、可回收、可降解、可再生等优点，其复 合材料的研究与开发应用，近年来成为人们对材料 研究开发的热点之一。 • 戴姆勒-克莱斯勒公司已经成功的将天然纤维复合材 料应用在了其生产的奔驰E系列轿车上。先前此类车 的车门、车内部件用的是木纤维复合材料，现在用 亚麻/剑麻毡增强的环氧树脂进行了替换，使得重量 减轻了20%左右，而且，机械性能也得到了改善，尤 其是对于安全保护方面。
汽车 复合材料 应用现状 及 趋势
制作者： 090207109 韩冬菁 090207110 胡亚南
一、车用复合材料 发展现状
• 当前汽车工业已经大量使用 塑料，应用于汽车的通用塑 料盒工程塑料，品种多样， 用途广泛，替代了各种昂贵 的有色金属和合金钢材。 • 以塑代钢使汽车造型更加美 观，设计灵活性得以提高， 零部件加工、装配与维修成 本减少，汽车能耗降低。 • 汽车塑料化已经成为衡量汽 车工业发张水平的重要标志。 每辆汽车上塑料的用量和品 种是衡量汽车生产技术水平 的标志之一。
50
50 50 85 50 50 50 50 50
杂物箱/后搁物架
亚麻 木纤维
座位靠板/货车车厢地板 备胎盖/车身后壁板
亚麻 亚麻 木纤维 洋麻 亚麻
其它内装饰板
D. 碳纤维增强复合材料
• 几十年前即有预言，碳纤维增强复合材料将取代金属，用于 制造汽车底盘，这一预言正逐步实现。 2003DaimlerChrysler公司推出的Dodge Viper型跑车的挡板 支架系统所采用的材料碳纤维复合材料,这项技术也是碳纤 维在大型底盘和车身外部部件上的首次应用。碳纤维复合材 料的挡板支架薄壁虽只有2mm，却能支撑着整个车身前端， 而且有34个零件在这里联结，刚性提高了22％。 • 近年来，日本开始研究采用碳纤复合材料,基体树脂采用具 有较高玻璃化转变温度的聚醚酮，这样碳纤复合材料的比抗 拉强度优于铝合金的比抗拉强度。代替目前正在使用的铝合 金来制造汽车涡轮增压器压气机叶轮，具有强度高、耐久性 好和可靠性高的优点，并使叶轮质量减轻了48％，降低了转 子惯量，提高了转子加速性能，缩短了涡轮增压器的响应滞 后。 • 目前，世界各国都致力于研究新一代磨阻材料取代石棉摩擦 材料，其中碳纤维复合材料具有比强度高、比弹性高，耐热 性好，耐磨损等优点，已成为增强效果很好的石棉代用品。 碳纤维——陶瓷刹车盘装置，国内已有厂家生产并度发泡状GMT成型顶棚内衬，制造设 备投资少，容易换型。GMT材料用作车顶棚，是GMT片材 近年来的重要发展，GMT一种新品种低密度片材。LD-GMT 出现后，应用范围扩大。这种材料用作车顶棚，除具备 刚性好，成型方便，尺寸稳定，可回收等优良特性外， 还具有优异的声学特性和美学效果。
前盖
前盖 所有车 身板
2.5
20
3.0
免涂装，只 使用聚氨酯 清漆
10
车用热塑性复合材料
A.玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT）
• 玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（Glass Mat Reinforced Thermorplastic）以玻璃纤维（毡）为增强材料，热塑性 树脂为基体，通过加温、加压制成复合材料，简称GMT， 是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种，被视为世纪 新材料之一。 • 轻质高强度的GMT片材，通过结构优化设计，可取代部分 金属材料，获得显著的减重效果，而且节省模具费用， （仅为金属冲压模具的10～20％），并有利于多种零件组 合，形成模块化生产方式。用GMT片材可较原金属件减重 30～80％，能耗仅为钢制品的60～80％，铝制品的35～50 ％，价格低于同体积的金属制品。 • GMT片材在汽车工业中的应用，已达40多种，主要有座椅 骨架、保险杠、仪表板、发动机罩、电池托架、脚踏板、 前端、地板、护板、后牵门、车顶棚、行李托架、遮阳板、 备用轮胎架等部件。
四. 近期国内汽车塑料及零部件 新材料、新技术发展目标
(1)无缝气囊仪表板、双色保险杠等制造技术； (2)用于吸能块的可发性PP原材料技术和聚丙烯CO2气 相板材发泡技术； (3)塑料进气岐管、塑料油箱、夹层玻璃粘接层等关键 材料国产化： –进气岐管用玻纤增强PA(适用于激光焊接的尼龙牌 号)； –油箱专用粘接剂、阻隔料（EVOH）和超高分子 量HDPE； –燃油管、刹车管用尼龙11尼龙12； – 夹层玻璃粘接层用聚乙烯醇缩丁醛PVB树脂；
（5）围绕节能、轻量化加快开发诸如塑料车身覆 盖件、塑料挡风玻璃、功能件、行人保护系统等 塑料新材料及零部件应用技术的研究工作。 （6）完善标准体系 完善各类饰件产品的试验方法，如:吸水率、热稳 定性能、反复压缩、 涂层耐磨性能以及摩擦系数 等。制订出在实验室条件下所采用的具体实验方 法和要达到的目标值。
其他应用部件还包括前/后盖、车门、车身扰流 板、汽车轮胎盖板、车身支梁甚至整个车身
车型 雷诺 Clio 梅赛德斯 MCC 斯马 特 部位 材料 NORYL GTX NORYL GTX XENOY 板材厚 度/mm 2.5 涂装工艺 静电喷涂前 在线涂装 静电喷涂前 在线涂装 轿车年产 量/万辆 40
二、车用复合材料主要类型
㈠ 车用热固性复合材料
玻纤增强树脂(FRP)
㈡
车用热塑性复合材料
1.玻璃纤维毡增强热塑性复合材料（GMT） 2.长纤维增强热塑性复合材料（LFT） 3.天然纤维增强热塑性复合材料（NMT） 4.碳纤维增强复合材料
车用热固性复合材料
玻纤增强树脂(FRP)如： 玻纤增强不饱和聚脂片状模压成型SMC （Sheet Molding Compound）、团状模压成 型BMC、冲压成型片材（Stampable Sheet） 等与其他高分子材料相比具有强度高、刚度 大、耐高温、成本低,破损安全性好，独特的 成型工艺（可整体成型），减少了零部件紧 固和接头数目等优异性能等优点，一直是汽 车覆盖件最理想的非金属材料。
•复合材料汽车零部件
•外装饰件：保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板、前后翼子板、 举升门等。其应用特点是以塑代钢，减轻汽车自身质量； • 内装饰件：仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座 椅及各类护板等。其应用特点是安全、环保和舒适； • 功能与结构件：油箱、散热器水室、空滤器罩、风扇叶片 以及发动机进气管、气缸盖罩等。其应用以采用高强度复合 材料为特点；
ABS, PMMA
进气岐管
发动机周边塑料化普及率最高的部件是进气歧管。它为 塑料在工程结构件方面的应用铺平了道路。利用塑料的整 体化成型工艺和对汽车轻量化的明显作用，将对加工成本 、设计、安全性和燃料消耗带来明显好处。 玻纤增强PA66或PA6是制造塑料进气歧管的首选材料。
气门室盖
发动机周边塑料件的另一大项目是 摇臂盖（亦称气门室盖）。1990年乙 烯基聚酯树脂热固性树脂复合材料制 造的塑料气门室盖首次使用于美国汽 车上。 发动机塑料气门室罩的特点为成型 方便，成本低，质量轻，比金属制品 成本降低50%，轻量化30%，而且大大 降低噪音。 塑料材料可选用玻璃纤维增强PA、 玻璃纤维增强PET，如美国杜邦公司的 Minlon21C（PA+玻璃纤维和矿物填充 剂）和Rynite935（PET+玻璃纤维）。
天然纤维复合材料在汽车中的应用(NMT)
天然纤维(如麻纤维、竹纤维、甘蔗渣纤维等)具有价廉、可回收、可降解、 可再生等优点,但天然纤维复合材料在汽车工业的应用目前还局限在汽车 内饰件上。
汽车零部件
车门板/衬垫
纤维种类
洋麻/大麻，50/50
聚合物
聚丙烯
纤维含量 %
50
木纤维
洋麻
聚丙烯
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
• FRP具有强度高、耐腐蚀、加工性好及可制造“A” 级表面汽车外覆盖件等特点，被广泛应用于汽车 车身部件。 • 早在1955年欧洲就开始在汽车上使用FRP，如今 FRP全塑车身引起全球关注。例如，美国克莱斯勒 公司开发的VIPER轿车车身由19件FRP零件组成， 采用RIM工艺进行制造。美国通用公司开发的APV 子弹头多用途旅行车，其FRP件的使用量高达 147kg/辆，其中SMC的用量为114kg/量。英国ELAN 运动车采用真空辅助树脂注射（VARI）成型工艺 制造汽车车身及结构件，FRP用量为150kg/量。此 外法国雷诺公司的ESPACE MARK Ⅱ型面包车及意 大利非亚持公司的微型车等车型在大量将FRP用作 汽车车身方面取得了成功。 • 到1996年，北美汽车制造业SMC制造汽车零部件的 用量上升到108.9kt（与1995年的90.72kt相比增 加了20%），其中包括27个制造厂生产的125种车 型中的380种汽车零部件。