浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用
连续纤维增强热塑性复合材料在汽车上的应用
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« 上海塑料» ２０１９ 年第 １ 期( 总Fra bibliotek １８５ 期)
连续纤维增强热塑性复合材料在汽车上的应用
陈 东ꎬ刘 伟ꎬ雷绍阔
( 广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院ꎬ广州 ５１１４３４)
摘要 从成型工艺、原材料、应用优势、应用实例等方面阐述了连续纤维增强热塑性复合材料 在汽车上应用的情况和发展趋势ꎮ 关键词 连续纤维ꎻ热塑性ꎻ复合材料ꎻ汽车 中图分类号:ＴＱ ３２４. ８ 文献标志码:Ａ 文章编号:１００９￣５９９３(２０１９)０１￣００４６￣０６
图 １ Ｒｏｄｉｎｇ Ｒｏａｄｓｔｅｒ Ｒ１ 跑车的车顶外壳框架 品ꎮ 该工艺成型的制品的纤维体积分数可以达到 ７０％ ꎬ纤维方向上拉伸模量可以达到 ６０ ＧＰａ( 增强 纤维 为 玻 璃 纤 维)ꎬ 具 有 优 良 的 比 强 度 和 比 模量[５] ꎮ
由于汽车制件年产量的需求ꎬ并不是所有 ＣＦＴ 成型工艺都适用于在汽车零部件的量产ꎬ目前有 ３ 种工艺适用于量产制造ꎮ １. １ Ｔ￣ＲＴＭ 工艺
传递模塑( ＲＴＭ) 工艺在连续纤维增强热固性 复合材料的制备中应用广泛ꎻ热固性树脂在未固化 前ꎬ黏度较低ꎬ可以很容易地进入纤维间隙并浸润 纤维ꎮ 而 热 塑 性 聚 合 物 由 于 黏 度 大ꎬ 很 难 实 现 ＲＴＭ 工艺ꎮ 克劳斯玛菲开创性地使用聚合物单体 注入模具ꎬ让单体在模具内聚合ꎬ实现了热塑性的 ＲＴＭ 工艺ꎮ
０ 前言
聚合物基复合材料根据基体的不同可以分为 热固性复合材料和热塑性复合材料ꎮ 目前市场上 热固性复合材料发展较成熟ꎬ但由于热塑性复合材 料具有成型快、韧性好、回收方便ꎬ正在成为各国研 发的热点ꎮ
复合材料在汽车上的应用模板
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
热塑性复合材料在汽车外饰件上的具体应用分析
热塑性复合材料在汽车外饰件上的具体应用分析作者：文/尚洋王晓婧来源：《时代汽车》 2017年第17期尚洋王晓婧众泰汽车工程研究院浙江省杭州市310018摘要：汽车用复合性材料指的是长纤维增强的、以树脂为基体的一类材料，其是否可以回收利用是由树脂的性能决定的，如果树脂是热固性的，那么该材料则同样是热固性的。
这种材料某些性能相比于热塑性的材料要差一些，本文对热塑性复合材料进行了简单介绍。
本文首先列举了热塑性材料的常见种类和特点，并分析了聚丙烯基热塑性复合材料在使用中的常见问题，最后就如何提高聚丙烯基热塑性复合材料制品表面质量进行了一定的分析，希望通过本文可以有效地促进热塑性复合材料在汽车外饰件中的使用，使汽车行业再一次进步。
关键词：热塑性复合材料；汽车外饰；应用分析1 引言在以往汽车外饰中经常使用的材料一般是热固性材料，这种材料的废弃件和边角余料经常是通过掩埋或者焚烧进行处理的，这样的处理方式会造成环境的污染问题。
但是使用热塑性材料则不会出现些类似问题，热塑新材料不仅可以进行循环利用，还具有密度低、成本低、生产效率高等特点。
在生产中使用这一材料代替金属材料或者是热固性材料可以实现轻量化的设计和生产，所以这种材料在汽车中的使用范围越来越广。
2 热塑性复合材料的种类和特点现阶段在汽车外饰材料使用中，常见的材料主要有GMT 材料和LFT 材料两种，下面简单介绍这两种材料的特点。
GMT 材料的基体树脂材料是聚丙烯，其具有许多优点，如密度低、加工性好等，在现阶段使用较多。
这种材料需要使用压模的方式进行成型，片材需要先进行预热，在220℃左右，然后才可以进行零件的制作。
这种材料具有较强的耐冲性，所以经常用来替换汽车原来的金属和热固性材料，主要进行汽车前端模块框架或者是汽车仪表板骨架等方面的制作，用来替换高强度骨架类零件。
LFT材料可以先被制作成粒状或者片状，然后运输到厂家进行各种零件的制作，这一工艺的名字叫做LFT-G，也可以直接进行在线生产，这一工艺技术叫做LFT-D。
热塑性复合材料在汽车车身结构件上的应用开发
热塑性复合材料在汽车车身结构件上的应用开发摘要：以某中型车座椅横梁为研究对象，从选材设计、结构设计和工艺设计等方面全面介绍了热塑性复合材料座椅横梁的轻量化设计方案及制造技术；并通过零部件的性能检测和减重效果评价，验证了产品符合使用性能与设计要求，可有效替代原钣金结构，并在成本未显著提升的同时实现减重32%，可有效降低整车油耗，对满足国家油耗强制法规提供了有力支持。
关键词：热塑性复合材料轻量化1 前言在我国汽车产业飞速发展的同时，能源安全、节能减排已经成为汽车产业可持续发展所面临的重要问题。
国家出台了一系列的政策法规，对汽车的能耗和排放指标均进行了严格的限制，而汽车轻量化正是解决上述问题，满足政策及市场需求的重要手段。
碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，CFRP）以其优异的机械性能、抗疲劳性能以及远低于金属的密度条件，成为了汽车轻量化的首选材料。
但是，目前90%以上的汽车用碳纤维复合材料均采用热固性树脂体系，这类材料存在回收困难、固化周期长等问题，对满足《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》将造成较大影响。
为此，热塑性碳纤维复合材料就成为解决这一问题的有效手段[1]。
连续纤维增强热塑性复合材料具有较好的机械性能，目前多通过模压工艺实现成型，但是，受工艺特性限制，无法满足一些特殊结构的成型要求。
对于这类复杂结构，目前多采用注塑成型的方式，但使用的纤维长度仅3 mm左右，制品的机械性能较差，较难满足车身结构件的使用要求[2]。
如果将模压工艺与注塑成型的方式结合起来，以连续纤维增强热塑性复合材料为骨架，并通过注塑成型的方式实现复杂结构的成型，则可同时满足汽车零部件对性能和结构的需要，进一步拓展热塑性复合材料在汽车结构件上的应用。
为此，项目组依托“国家自然科学基金-中国汽车产业创新发展联合基金”U1664250课题，以某中型车的座椅横梁为研究对象，通过采用模压-注塑混合成型工艺的形式，进行了全流程的设计开发，在降低零部件质量的同时，深入研究了模压-注塑共性关键技术问题，为模压-注塑混合成型工艺在整车上的批量应用积累了宝贵经验。
热塑性弹性体在汽车行业的应用进展
内容摘要
研究方法： 无卤阻燃苯乙烯类热塑性弹性体的研究方法主要包括阻燃剂的对比分析、热 力学分析、流变分析、阻燃性能测试等。其中，阻燃剂的对比分析主要研究不同 阻燃剂对无卤阻燃苯乙烯类热塑性弹性体性能的影响；热力学分析主要探究材料 的热稳定性及热分解行为；流变分析主要用于研究材料的加工性能；阻燃性能测 试则用于评价材料的阻燃效果。
一、行业背景
一、行业背景
汽车行业历经多年发展，已经成为全球经济的支柱产业。随着环保意识的提 升和新能源汽车的崛起，汽车行业正面临着巨大的变革。为提高汽车的性能、安 全性和舒适性，各种新型材料和技术层出不穷。热塑性弹性体作为一种高性能材 料，在汽车行业中发挥着越来越重要的作用。
二、应用前景
二、应用前景
内容摘要
研究现状： 无卤阻燃苯乙烯类热塑性弹性体的研究主要涉及阻燃原理、结构特点、制备 方法、应用领域等方面。其阻燃原理主要包括凝聚相阻燃和气相阻燃两种，而结 构特点通常包括苯环、烷基等结构单元。制备方法主要包括乳液聚合法、悬浮聚 合法、本体聚合法等。无卤阻燃苯乙烯类热塑性弹性体的应用领域已涉及到电子、 电器、汽车、航空航天等多个领域。
四、应用优势
四、应用优势
热塑性弹性体在汽车行业的应用具有以下优势： 1、质量轻：热塑性弹性体的密度较低，相较于传统的金属和塑料材料更轻便， 有利于降低汽车的整备质量，从而提高燃油经济性和排放性能。
四、应用优势
2、韧性好：热塑性弹性体具有优良的韧性和抗冲击性能，能够在一定程度上 吸收和分散冲击能量，提高汽车的安全性。
二、应用前景
3、汽车座椅：座椅是汽车内部的重要部件，需要具备良好的舒适性和安全性。 热塑性弹性体可以提供出色的触感和抗冲击性能，为乘客提供更加舒适的乘坐体 验。
热塑性复合材料在汽车轻量化领域的应用及问题分析
汽车轻量化的重要意义
汽车轻量化，是汽车行业发展的必由之路 节约能源、减少环境污染成为世界汽车工业界亟待解决的两大问题。 减轻汽车自重是节约能源和提高燃料经济性的最基本途径之一； 减轻汽车自身质量是降低汽车排放、提高燃油经济性的最有效措施之
LFT
CFT
热塑性复合材料
纤维长度与性能的关系
SFT：增强纤维长度0.2-0.6mm，LFT：纤维长度6-25mm; CFT：纤维连续
随着纤维保留长度的增加，材料的力学性能、刚度、冲击强度迅速增加。 LFT和CFT由于性能优良，故又称为先进热塑性复合材料。
长纤维增强热塑性复合材料
LFT所选用纤维 玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、金属纤维、甚至有机纤维； 玻璃纤维价格便宜，性价比高，LFT中玻璃纤维用量占90%以上，其次是
一。世界铝业协会的报告指出，汽车的自身质量每减少10%，燃油的消 耗可降低6～8%；
根据最新资料，国外汽车 自身质量同过去相比减轻 了20%～26%。预计在未来 的10年内，轿车自身质量 还将继续减轻20%。
汽车轻量化水平的高低， 已成为衡量一个国家汽车 发展水平的重要标志。
汽车轻量化的途径
长纤维增强热塑性复合材料
LFT与BMC和SMC的比较优势
SMC：片状模塑料（Sheet Molding Compound） BMC：团状模塑料（Block Molding Compound）
SMC/BMC为热固性塑料，难以回收； SMC和BMC在模具内是热固化过程，加工周期长，生产效率低。 而LFT的成型过程是摸内物理冷却过程，速度快。 由于环境保护的压力，BMC和SMC逐步被LFT所取代。
复合材料在汽车工业中的应用探讨
复合材料在汽车工业中的应用探讨在当今汽车工业的发展进程中，复合材料凭借其独特的性能优势，逐渐成为了备受关注的重要材料。
复合材料不仅为汽车的轻量化、高性能化提供了有力支持，还在提升汽车安全性、舒适性以及降低能耗等方面发挥着关键作用。
复合材料，简单来说，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组合而成的一种新型材料。
其组成成分通常包括纤维增强材料（如碳纤维、玻璃纤维等）和基体材料（如树脂）。
这种独特的组合方式赋予了复合材料优异的力学性能、化学稳定性以及良好的加工性能。
汽车轻量化是当前汽车工业发展的重要趋势之一。
随着环保法规的日益严格和消费者对燃油经济性的关注不断增加，降低汽车整备质量成为了各大汽车厂商的首要任务。
复合材料在实现汽车轻量化方面具有显著优势。
相比传统的金属材料（如钢铁），复合材料的密度通常要低得多。
以碳纤维增强复合材料为例，其密度仅为钢铁的约五分之一，但强度却能达到甚至超过钢铁的水平。
这意味着在保证汽车结构强度和安全性的前提下，使用复合材料替代部分金属部件可以大幅减轻汽车重量，从而降低燃油消耗和尾气排放。
在汽车的车身结构中，复合材料的应用越来越广泛。
例如，一些高端汽车品牌已经开始使用碳纤维复合材料制造车身框架和覆盖件。
这些部件不仅重量轻，而且具有良好的抗冲击性能和耐腐蚀性能，能够显著提高汽车的安全性和使用寿命。
此外，复合材料还可以用于制造汽车的底盘部件，如悬架系统、传动轴等。
通过优化设计和采用先进的制造工艺，可以使这些部件在满足性能要求的同时实现轻量化。
除了轻量化，复合材料还能为汽车带来更好的性能提升。
在汽车的动力系统中，复合材料可以用于制造发动机部件，如气缸盖、活塞等。
由于复合材料具有良好的耐高温性能和耐磨性能，能够有效提高发动机的工作效率和可靠性。
同时，复合材料的低惯性特性也有助于减少发动机的振动和噪音，提升汽车的NVH（Noise、Vibration、Harshness，即噪声、振动与声振粗糙度）性能。
复合材料在汽车上的运用研究【论文】
复合材料在汽车上的运用研究由于大部分复合材料都是与目标产品同时形成的，所以很少有固定的复合材料型号等信息，采用相同原材料而不同种工艺或同种工艺不同参数所制造的复合材料性能也会有所不同，如果抛开成本因素，复合材料所涉及的专一方面性能指标比金属还要宽泛。
1.行业特点复合材料行业特点：原材料品种多，工艺方法繁多，成本跨度极大。
按每公斤价格而言，复合材料可以由几元到几千元以上不等，一般同等重量成本均高于钢铁。
很多材料配方和工艺方法原理简单，容易上手，但由于工艺自由度较多，真正的工艺参数系统性控制难度大，产品离散性较大，产品缺陷的可探测性差，所以用简易办法较难区分产品质量的好坏。
2.发展现状行业门槛低，个体户亦可从事经营生产活动；复合材料应用领域广泛，既可做花盆，也是航空航天等高科技领域不可缺少的材料。
国内缺乏高技术含量自主研发产品，配套设备设施也不健全，限制了复合材料行业的发展。
复合材料以其质量轻、强度高的特点，在汽车工业方面具有典型的应用，并占有突出的三大优势：一是自身减重；二是集成化功能，使系统减重；三是使系统的制造、安装和维修简化。
而且，大部分复合材料部件具有减振降噪的效果。
从复合材料的内在特点而言，所有纤维增强复合材料，特别是连续纤维增强的复合材料部件，对微裂纹及轻微外伤的敏感性都非常弱。
采用这种复合材料制作结构件，安全性更高，可有效降低二次伤害的可能性和程度。
复合材料在汽车上的应用自开始制造汽车以来，复合材料便以各种形式应用于汽车中，树脂基复合材料正式应用于汽车中始于1953年。
世界上第一辆全复合材料车身的Corvette车由手糊工艺生产（见图1）。
复合材料在汽车上的应用分为几大类：覆盖件（内外饰）、结构件（以其力学性能为主要应用）、功能件（以其某些方面特殊性能为主要应用）。
当然，更多情况下都是多种性能同时应用的，只是在不同的场合中个别性能稍有突出而已。
复合材料在汽车上的应用是从覆盖件开始的，也是用量最大的一个类别，主要采用SMC（片状模塑料）、RTM和手糊等工艺制造。
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浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用
本文阐述了热塑性复合材料在汽车上的应用。
标签：热塑性；复合材料；汽车
热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体的复合材料。
常用的热塑性树脂有聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺和聚砜等。
主要的增强纤维是短玻璃纤维、碳纤维、织物纤维及其他充填物，一般纤维体积含量约为20%～30%，最大可达到40%～55%。
大多数情况下，纤维及充填物无方向随机排布。
纤维的主要增强效果是提高强度和耐磨性，改善基体的耐热性和蠕变抗力，使用玻璃纤维和碳纤维增强的热塑性树脂，其拉伸强度和抗弯模量可提高2倍至6倍，但冲击强度有所降低，广泛用于汽车工业、化工、电子及航空工业。
随着热塑树脂基复合材科学技术的不断成熟以及可回收用的发展，该品种的复会材料发展较快，欧美发达国家热热塑性复合材料已占到树基复合材料总量的30%以上。
1.在汽车外饰件上的应用
汽车外饰主要指汽车前后保险杠、汽车车身裙板、进气格栅、散热器面罩、外侧围、扰流板、防擦条、车门外开手柄、前后风挡玻璃等等。
在以往汽車外饰中经常使用的材料一般是热固性材料，这种材料的废弃件和边角余料经常是通过掩埋或者焚烧进行处理的，这样的处理方式会造成环境的污染问题。
但是使用热塑性材料则不会出现些类似问题，热塑新材料不仅可以进行循环利用，还具有密度低、成本低、生产效率高等特点。
在生产中使用这一材料代替金属材料或者是热固性材料可以实现轻量化的设计和生产，所以这种材料在汽车中的使用范围越来越广。
在过去的一段时间内，没有使用热塑性材料是因为其无法进行喷涂，而且表面的质量较差，使其无法再外饰件中广泛使用。
但是经过新兴技术的不断研发，使其在外饰件中的使用成为可能，而且逐渐成为热门。
戴姆勒福莱纳车型的挡泥板和保险杠采用了30%长玻纤增强PP材料，解放J6的保险杠支架采用了40%长玻纤增强PP材料。
2.在汽车内饰件上的应用
汽车内饰系统是汽车车身的重要组成部分，而且内饰系统的设计工作量占到车造型设计工作量的60%以上，远超过汽车外形，是车身最重要的部分之一。
汽车内饰主要包括以下子系统：仪表板系统、副仪表板系统、门内护板系统、
顶棚系统、座椅系统、立柱护板系统、其余驾驶室内装件系统、驾驶室空气循环系统、行李箱内装件系统、发动机舱内装件系统、地毯、安全带、安全气囊、方向盘，以及车内照明、车内声学系统等等。
热塑性复合材料被用于仪表板骨架，曼TGA/TGX重卡软质仪表板骨架采用30%长玻纤增强PP 。
3.在发动机上的应用
1）气缸盖罩。
第一个且最基本的功能是遮盖并密封气缸盖，将机油保持在内部，同时将污垢和湿气等污染物隔绝于外。
这听起来似乎简单，但通常是最难做好的一个方面。
气缸盖罩的第二个功能是将机油与空气隔离。
在发动机的运转过程中会形成油雾。
气缸盖罩较冷的内表面会聚集油雾，使机油冷凝并向下流回机油壳。
气缸盖罩还肩负曲轴箱通风的责任。
当活塞在气缸中运动时，发动机内部会集聚压力。
如果置之不理，此压力会使各个密封件泄漏，导致发动机效率降低。
为了避免这种情况，用一个管子连接气缸盖罩和进气道，以便燃烧通风空气。
该管可以使用带槽软管接头、螺纹管接头或快换接头来连接。
气缸罩盖必须满足结构强度、密封性以及定期拆装的要求，过去一般采用铁或铝制造。
其以塑代钢设计，是20世纪80年代初在北美最先开始的，一般采用玻璃纤维（30%一50%）和矿物填料混合增强的PA6或PA66材料，PA 66或PA6气缸罩盖同金属罩盖相比可减轻50%的质量，降低约30%的成本。
2）油底壳。
油底壳是封闭曲轴箱作为贮油槽的外壳，防止杂质进入，并收集和储存由柴油机各摩擦表面流回的润滑油，散去部分热量，防止润滑油氧化。
早期的塑料油底壳主要为SMC复合材料（玻璃钢），特点是刚度高、外观效果好、产品收缩率低，缺点是密度较高、降重效果一般、材料回收困难。
目前塑料油底壳的主流材料是玻纤增强尼龙材料，除了降重效果和可回收性
比SM C复合材料好以外，其还具有造型容易、质量轻、成本低等优点。
4.结束语
塑料在汽车中的应用范围正在由内外饰件向结构件扩展，今后的重点发展方向是开发结构件用的增强塑料复合材料。
参考文献
[1] 董永棋.热塑性树脂复合材料用于汽车制造近况[J]. 玻璃钢.2018（02）
[2] 于勤勤、季伟等.热塑性复合材料在重型汽车上的应用研究[J].重型汽车.2018，02
[3] 尚洋、王晓靖.热塑性复合材料在汽车外饰件上的具体应用分析[J].时代汽车.2017，09
[4] 王泽庆、朱熠.热塑性复合材料在商用车上的开发应用[J].汽车工艺与材料. 2017（5）。