塑料及其复合材料在汽车轻量化中的应用发展

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1、5422008年中国机械1=程学会年会暨甘肃省学术年会文集塑料及其复合材料在汽车轻量化中的应用发展魏莉霞马鸣图中国汽车工程研究院汽车产品研发中心重庆400039摘要：本文详细叙述了塑料材料在汽车内饰件、外饰件和功能结构件方面应用品种、性能要求和应用特点；分析了国内车用塑料存在的问题和今后的发展趋势。关键词：塑料及其复合材料汽车轻量化纤维增强翅料内饰件外饰件功能结构件1汽车轻量化发展的意义近年来，汽车工业发展迅速，随之带来的能源和环境问题也日益受到关注。为了应对能源危机以及日益恶化的环境问题，发达国家相继出台了越来越，厄格的强制性法令法规，限制车辆的燃油消耗和尾气排放，而减轻汽车自重、发展汽车轻

2、量化是提高汽车的燃油经济性、降低能耗、减少污染以及保证汽车舒适的重要措施之一。首先，汽车轻量化是节油和降低排放的重要方法和途径。美国在欧洲全顺车上的实验表明，在满足欧Ⅳ标准条件下，每百公里油耗y和汽车自身质量工的关系为：y=0．003肿3．3434，由此公式可以看出，油耗与车体质量是成线性关系的。对一般轿车汽车而言，质量减少10％，可节油6％～8％；对卡车而言，每减重1000kg，油耗可降低6％～7％。而燃油经济性的提高，也就意味着二氧化碳等有害气体排放量的下降。资料显示，2005年我国石油消耗已近8000万吨，在石油价格节节攀升的今天，节油已经刻不容缓，而轻量化是重要的节油手段。其次，从驾驶

3、方面来讲，汽车自重减轻后，加速性提高，稳定性、噪音、振动方面也均有改善。此外，从安全性考虑，汽车质量减轻后，碰撞时惯性小，制动距离减小，车辆对人的冲击小得多，所以更加安全【l世J。因此，汽车轻量化关系到我国能源规划战略，关系到我国汽车工业自主创新和可持续发展，关系到我国冶金工业产品结构层次的提高和改进，汽车轻量化势在必行。2车用塑料及其复合材料近年来，塑料在汽车中的用量迅速上升。据统计，世界平均每辆汽车的塑料用量在2000年就已达105k窑，约占汽车总重量的8％。12％。塑料在轿车中的比例较高，如奥迪A2型轿车，塑料件总重量已达220kg，占总用材重量的24．6％。从“八五”计划开始，我国汽车

4、塑料用量逐年增加。目前，经济型轿车每车塑料用量达50～60蚝；中高级轿车达60。80蚝有的甚至可达100kg；轻、中型载货车塑料用量达50l(g左右【341。按照我国汽车工业“十一五”计划的要求，到2010年我国汽车产量将接近1000万辆，平均每辆轿车塑料使用量将达到130一135kg，汽车工业对塑料的需求总量将达到100万吨【5

5、。表1为国内外不同车型的塑料用量对比。表l不同车型塑料用量使用对比欧洲轿车国内轿车国内商用车标志307富康雅阁飞度QQ96l2557．6东方之子中型重型塑料用量，kg143．4130IlO13l113．7整车重量，kgl275l239l050l422l060塑料J}

6、}；I量比率，％11．310．110，59．2lO．7158144011．054．2112．6600510∞5O．91．0但是单一的塑料并不能满足汽车零部件的不同使用要求，因此必须对塑料进行后加工改性。聚合物基复合材料，又称纤维增强塑料，分为纤维增强热固性塑料FI冲与纤维增强热塑性塑料FRTP。机械装备结构材料与表面技术研讨会543相对于一般塑料和工程塑料，复合材料具有不可比拟的物理机械性能，制件不容易变形。机械性能与热变形温度较高，耐化学药品性优，且价格较低，制品外观质量上更佳，成为汽车工业以塑代钢的理想材料。而热塑性复合材料以其优越的力学性能、加工性能及便于回收再生而日益受到重视16】。纤

7、维增强塑料复合材料统称为FRP，是一种由增强纤维和塑料复合而成的材料。用于增强纤维的有玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、高强度合成纤维等。从材料的综合性能上看。汽车上常用的玻璃纤维增强树脂基复合材料的密度为1．59／cm2～2．Og／cm2，只有普通碳钢的l／5～l，4，比铝合金还要轻1，3左右，而机械强度却能超过普通碳钢的水平。若按比强度计算，玻璃纤维增强的树脂基复合材料不仅大大超过碳钢，而且可超过某些特殊的合金钢。碳纤维复合材料、有机纤维复合材料具有比玻璃纤维复合材料更低的密度和更高的强度．因此具有更高的比强度¨J。FRP在汽车工业上的应用试验始于20世纪60年代，随着汽车轻量化、节能、安

8、全问题日益突出，质轻、高强、耐热的陬P成为汽车工业中无可替代的材料。2．1玻璃纤维增强复合材料(GFRP)在汽车上的应用GFRP在我国俗称“玻璃钢”，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，现在汽车上常用的有SMC(片状模塑料)和GMT(玻璃纤维毡增强热塑性材料)。目前发达国家已在汽车制造中大量采用SMC。以美国为例，50％以上的汽车用玻璃钢部件为SMC制品，