玻璃纤维增强材料在汽车中的应用

玻璃纤维增强材料在汽车上的应用目录玻纤的发展历程与现状我国玻璃钢工业起步于1958年，“八五”以来获得了长足的发展；2000年，玻璃钢总产量达历史最高水平，产量超过日本，居世界第二位；我国玻璃钢产品历年已有出口，在国际市场上，我国的玻璃钢产品价格具有竞争力，且近年产品技术含量有所提高，一些产品得到了国际市场认可，有一定竞争力。玻纤的发展历程与现状玻璃钢行业重点开发五大市场1.建筑与环保建筑业与人民生活密切相关，它可以带动几十个行业的发展，要把经济发展引到这个方面去，可以说它的市场是广大的、无限的。例如，北京年需窗８００万～１０００万平方米，如１０％用玻璃钢窗框，则需玻璃钢型材５６００～７０００吨，相当于我国２０世纪７０年代末一年的玻璃钢产品，仅拉挤机就需６０台。玻纤的发展历程与现状玻璃钢行业重点开发五大市场2.化工防腐我国每年工业设备与器材因腐蚀而造成的经济损失达１００亿元以上，美国曾高达其国民生产总值的４９％。具有优异耐化学防腐蚀性能的玻璃钢早为人们所共识，化工防腐是玻璃钢的传统市场，如胜利油田已用玻璃钢管３５０多公里，高压玻璃钢管市场看好。发达国家１５％的玻璃钢用在化工防腐，预计我国将以不低于１０％的年增长发展。玻纤的发展历程与现状玻璃钢行业重点开发五大市场3.渔船我国现有渔船９６万艘，其中机动渔船４３万艘，９８％是木船。钢船易锈蚀，维修费高；木船技术性能差，安全性能差，油耗高，尤其是我国森林资源短缺；玻璃钢渔船整体性好、油耗低、少维修、寿命长，其优越性已逐渐为渔民所认识。目前玻璃钢渔船的保有量（４６０艘）与我海上渔业大国极不相称。玻纤的发展历程与现状玻璃钢行业重点开发五大市场4.陆地车辆地球石油资源日趋枯竭，据称现存资源仅能再开采５０年，因此世界上已开发压缩天然气（ＣＮＧ）或电能、太阳能等能源驱动的汽车。ＣＮＧ作燃料可降低噪音，延长发动机寿命，尤其是排放的氮硫氧化物远低于汽油或柴油驱动的汽车，对环保有利。北京在１９９９年已有３００辆公共汽车采用ＣＮＧ，２０００年北京又订了８００辆ＣＮＧ汽车（每辆车配９０升ＣＮＧ瓶９个），共用瓶近万个。此外，高速列车、汽车所用玻璃钢件颇多，宜多用玻璃钢。玻纤的发展历程与现状玻璃钢行业重点开发五大市场5.能源风力发电机已在推广中，目前叶片已做到长66米（直径约５０米，发电功率６００～１０００ｋＷ）。核电站已成功地大量采用玻璃钢管。开发风力资源、太阳能及核电配套产品，玻璃钢行业将大有可为。玻纤复合材料的特性耐腐蚀绝缘性好良好的可塑性对模具要求低加工工艺简易生产周期短成本低玻纤增强材料在汽车中的应用背景：由于汽车工业对玻璃纤维及其复合材料的市场需求量与日俱增，促进了玻璃纤维及其复合材料工业的发展。在玻璃纤维方面，各玻璃纤维公司不断开发出各种适用于汽车工业的玻璃纤维新产品。在玻璃纤维复合材料工业方面，现在广泛使用的SMC成型工艺最早就是专为汽车工业开发的。近年来问世的一些新工艺和新产品，例如长纤维增强热塑性塑料、玻璃纤维增强热塑性塑料片材(CMT)、可编程粉末预成型工艺(P4工艺)也都是为汽车工业开发的。玻纤增强材料在汽车中的应用名牌汽车率先应用玻璃纤维在世界上享有很高商誉的名牌汽车大多已经使用玻璃纤维及其复合材料。在名牌汽车上使用玻璃纤维及其复合材料，说明它们不是消极的代用，而是汽车材料的升级换代。如美国林肯大陆使用SMC发动机罩、保险杠、后部行李箱盖，玻纤增强PET空调管、排气门；美国卡迪拉克赛威的玻纤增强PPO后窗下部件；美国道奇InterpidESX2跑车的玻纤增强PET车身板；法国Envivo的玻璃钢天然气瓶；英国TVRChimaera跑车选用玻璃钢作车身。玻璃钢保险杠玻纤增强材料在汽车中的应用轻便客货两用车应用玻璃纤维世界最大的两家汽车制造商美国的通用汽车公司和福特汽车公司，已在轻便客货两用车(pickup；trucks，国内俗称“皮卡”)和多用途运动车(sportutilityvehicles)上应用玻璃纤维复合材料制造的货厢板。这意味着玻璃纤维复合材料在美国汽车工业中的应用又将获得一次大的发展。在美国，轻便客货两用车和多用途运动车的销量已经超过了轿车的销量。据报道，北美地区轻便客货两用车的产量已达每年450万-500万辆。玻璃纤维复合材料不断向这些汽车中渗透，可能会对整个玻璃纤维复合材料供应链的需求量造成很大的冲击。玻纤增强材料在汽车中的应用玻璃纤维复合材料货厢板与钢货厢板相比较，它的优点是不会生锈，不会形成碰痕。除此之外，玻璃纤维复合材料板的重量较轻，因此可以减轻汽车的重量，节约燃油。虽然也可以在钢板上衬上塑料，但应用这种方法水仍能渗漏到塑料层下层，同样会使钢板生锈。玻璃纤维货厢板的优点玻纤增强材料在汽车中的应用玻璃纤维复合材料货厢的重量约50kg。与通用汽车公司1999年型号的轻便货两用车相比较，使用复合材料的新型号便客货两用车的总重量减轻了50磅(22.7kg)，其中的15磅是由于使用了复合料后挡板而减轻的。为了检验玻璃纤维复材料货厢板的耐久性，已在北美地区对48块复合材料货厢扳进行了两年多的试验。玻纤增强材料在汽车中的应用玻璃纤维增强热塑性塑料目前在西方家发展很快，其发展速度超过热固性玻璃钢。据统计，目前西欧各国玻璃纤维增强热塑塑料的销量已超过40万吨/年，其中增强尼龙占59%，增强聚丙烯占16%，增强热塑性聚酯占14%，增强聚苯乙烯占3%，其他增强热塑性塑料占4%。玻璃纤维增强热塑塑料40万吨/年增强尼龙占59%增强聚丙烯占16%增强热塑性聚酯占14%增强聚苯乙烯占3%其他增强热塑性塑料占4%种类划分图表：•在总量40万吨的增强热塑性塑料中有50%，即约19.5万。20万吨的增强热塑塑料用于汽车的各种部件，其余部分为电子/电气设备占21%，家用电器及办公设备占16%，其他用途占17%。玻纤增强材料在汽车中的应用用途划分图表：玻璃纤维在汽车中的比重玻璃纤维增强热塑性塑料在汽车各个部位的使用比例如下：发动机罩下部件56%，车身部件20%，车身内部件14%，电气/电子零部件8%，其他2%。发动机罩下部件56%车身部件20%玻璃纤维在汽车中的比重车身内部件14%电气/电子零部件8%汽车工业用用的成型工艺目前汽车工业中应用的增强热塑性塑料部件主要有两种成型工艺，一是增强热塑性塑料粒料注射模塑，二是玻纤毡增强热塑性塑料片材。前者目前仍占主导地位，但后者的发展速度很快，玻纤毡增强热塑性塑料片材，又称GMT法，它包括干法GMT和湿法GMT。干法GMT目前在我国正由南玻院与华东理工大学合作研制。玻璃纤维增强热塑性塑料粒料注射模塑工艺在我国已得到应用。近年来国外开发了一种称之为长纤维增强热塑性塑料的工艺及产品，发展势头甚劲。汽车工业用用的成型工艺GMT法汽车工业用用的成型工艺普通的注射工艺所用的玻璃纤维增强粒料是用挤出复合工艺制造的，它是采用双螺杆挤塑机将短切玻纤原丝与热塑性塑料熔体在注塑机的料筒中熔融复合，通过模头挤出成料条状，经水冷后短切成增强粒料，再将这种粒料加到注塑机中，再次熔融后注射到模具中形成所需形状的制品。这种工艺所用的玻纤短切原丝的长度一般为0.125-0.25英寸(3-6mm)，经双螺杆挤塑机后纤维被切短到0.03-0.06英寸(0.75-1.5mm)，当经过注塑机注射后，在最终的增强制品中纤维长度进一步缩短到0.006-0.0013英寸(0.15-0.33mm)。由于纤维长度大为缩短，其增强效果大打折扣。汽车工业用用的成型工艺注射成型工艺汽车工业用用的成型工艺LFT-G是短玻纤热塑性颗粒材料（FRTP）技术创新的成果。早期的FRTP粒料长度虽然可达5～6mm，但经过混炼、切粒、塑化、注塑等工艺流程后，在制品中纤维的最终长度往往小于1mm，仅能作为填充剂增加制品的刚性，而对拉伸强度、抗冲击性能的提高十分有限。因此，在当时FRTP并非主流的复合材料。用LFT-G材料生产的2004起亚Cerato混合结构前端框架汽车工业用用的成型工艺汽车工业用用的成型工艺LFT-D是长纤维增强热塑性复合材料在线直接生产制品的一种工艺技术，它区别于GMT和LFT-G的关键因素是半成品步骤被省去了，在材料的选择上也更加灵活。在LFT-D技术中，不仅纤维的含量和长度，而且连其基体聚合物也可以直接调整到最终部件的要求。通过添加剂的用量多少可以改变和影响制品的机械性能和特殊应用材料的特性，如热稳定性、着色性、紫外稳定性以及纤维与基体的粘结特性等，这也意味着每一种特殊应用都可以通过LFT-D获得其独特的材料配方。LFT-D的优点主要体现在两方面：一是降低了成本。由于是一步法生产，LFT-D生产的大型结构件比二步法生产的GMT或LFT-G压制件的成本低20%～50%；二是制品综合性能优异。汽车工业用用的成型工艺用LFT-D生产的2003大众GolfV前端框架玻纤材料在汽车上的应用GFRP是目前汽车上应用最多的树脂基复合材料。它主要用于发动机、发动机周边部件及车身，常用的有聚苯乙烯玻璃钢、尼龙66玻璃钢、聚醋树脂玻璃钢等。玻璃钢大量用于发动机及其周边部件始于20世纪90年代。1990年，美国通用汽车公司首先用其代替金属制造轿车发动机气门罩、壳，随后进气歧管、油底壳、空滤器壳、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇导风圈、加热、器盖板、水箱部件、发动机隔音板等零件都有不同程度的应用。其中最引人注目的是GFRP在进气歧管上的应用，用GFRP制造的进气歧管不仅内腔质量上乘，而且对汽车达到欧Ⅱ标准发挥了重要作用，目前这种进气歧管已得到广泛应用。玻璃纤维增强塑料（GFRP）在汽车上的应用玻纤材料在汽车上的应用碳纤维增强塑料（CFRP）在汽车上的应用CFRP是汽车轻量化最理想的材料。用CFRP取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量68%，油耗下降40％。CFRP在汽车上应用比较成功的一个实例是美国摩里逊公司生产的CFRP汽车传动轴，该传动轴应用于通用汽车公司载重汽车上。采用CFRP后，可以使原来通过中间轴承连接的两根金属传动轴用一根CFRP传动轴取代。与钢材相比，不仅可减轻60%质量，而且具有很好的耐疲劳性和耐久性。美国福特公司进行了大量的CFRP应用试验，所有研究结果均表明CFRP具有作为汽车材料的优良特性。例如，用CFRP制造的板簧零件强度高、模量大、热膨胀系数小，减磨性好，质量只有14kg,比现有材质减轻76%。但由于成本太高，CFRP零件尚未实现批量生产。专家推测，只有当碳纤维降到6.611美元/kg时，才有可能在汽车工业中推广应用碳纤维复合材料。一旦解决了成本问题，将有大量的CFRP用于汽车工业中，应用部件将包括发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮，传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等；底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等，车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。玻纤材料在汽车上的应用芳纶纤维增强复合材料在汽车上的应用芳纶纤维增强复合材料由于比强度、比模量．较高，被广泛用于航空航天、舰船领域，在汽车制造业也有广阔的应用前景，但因为价格太高，目前在汽车上应用很少。芳纶纤维主要用于汽车上、的轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等。芳纶纤维作为高性能防护材料还可用作汽车防弹装甲，例如汽车门及汽车外壳的防弹内衬。由香港理工大学与香港企业携手自主研发的环保电动车“MyCar”在香港理工大学校园内举行香港站的新车发布会，宣布在香港正式发售。该车车身运用玻璃纤维与塑料来补强了车体的钢管结构，以达到减轻重量的作用，如图1所示。图1MyCar玻璃纤维复合材料车身玻纤材料在汽车上的应用玻纤材料在汽车上的应用展望1、中国汽车工业的迅速发展，给汽车玻璃钢制品带来了市场应用的潜在商机。1）、中国经济的快速增长，持续推动中国汽车市场的成长与成熟，拉动了中国汽车整车与零部件产业的发展；2）、全球经济一体化的推进，全球制造业向中国的迁移，对国际汽车产业现有格局造成巨大冲击，中国企业的经营空间扩大；3）、全球能源供应紧张、油价居高不下，使轻质高强、有利于减轻汽车自重、降低油耗的车身