復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用培訓(xùn)講學(xué)

1、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2報(bào)告內(nèi)容6一、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀 在塑料及其復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用歷程上，中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司李宏遠(yuǎn)副總經(jīng)理的“復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用”報(bào)告認(rèn)為：（1）成熟的第一步：通用改性塑料，比如PP、PVC、ABS及PA等耐熱熱增強(qiáng)改性，主要應(yīng)用在汽車內(nèi)外裝飾件上。（2）進(jìn)行的第二步：長/短玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要應(yīng)用于汽車部分結(jié)構(gòu)件和功能件上，是目前廣泛應(yīng)用于汽車上的重要復(fù)合材料。u 纖維熱塑性塑料：SMC/BMC;u 纖維熱塑性塑料：GMT、LFT。（3）關(guān)鍵的第三步：汽車用復(fù)合材料關(guān)鍵性的第三步，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP），主要應(yīng)用于車身承載結(jié)構(gòu)件。（4

2、）追求的第四步：追求綠色的第四步，天然植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要應(yīng)用于汽車內(nèi)外裝飾件，有機(jī)回收，環(huán)保。1.2 復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用歷程7一、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀1.3 汽車用復(fù)合材料成型工藝HLUSMCRTMLFTBMCGMTR/S-RIMFW8二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用白車車身材料2008年450Kg2012年400Kg2016年350Kg2020年290Kg1.4 復(fù)合材料在車上應(yīng)用趨勢9二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用10二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用復(fù)合材料在上汽乘用車上的應(yīng)用，胡仁其 高級經(jīng)理，上汽乘用車中心實(shí)驗(yàn)室2.1 整車輕量化的意義燃油車輛燃油車輛車身質(zhì)量10%

3、100Kg燃油效率6%8%油耗0.3L0.6L/百公里電動車輛電動車輛車身質(zhì)量10%100Kg行程8%11二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.2 整車輕量化的途徑汽車輕量化輕質(zhì)材料l 高強(qiáng)鋼l 輕合金l 復(fù)合材料l 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)l 等強(qiáng)度設(shè)計(jì)l 形狀拓?fù)鋬?yōu)化l 集成化設(shè)計(jì)l 先進(jìn)制造工藝l 激光拼焊板l 連續(xù)變截面板l 空心連續(xù)變截鋼管l 自沖鉚接l 復(fù)合材料的使用時(shí)整車輕量化的主要途徑之一。12二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.3 典型乘用車所用材料 高分子復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量大,耐疲勞性能好,阻尼減震性好，破損安全性高和耐腐蝕性能優(yōu)越等特點(diǎn)，因此高分子復(fù)合材料的使用能夠在使得汽車在

4、節(jié)能減重的同時(shí)更具安全和舒適性。13二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.3 典型乘用車所用材料基體材料環(huán)氧樹脂聚氨酯聚丙烯尼龍纖維碳纖維玻璃纖維天然纖維高分子復(fù)合材料14二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.3 典型乘用車所用材料材料體系拉伸強(qiáng)度（MPa）拉伸模量（GPa）密度（g/cm）比強(qiáng)度MPa/（g/cm）比剛度GPa/（g/cm）鋁合金420722.815126鋼（結(jié)構(gòu)用）12002067.815326SMC80-25010-161.7-1.9535.3BMC30-6010-121.8-2.1-LFT96-3409-201.414610玻璃纖維/聚酯單向1245482.062324織物

5、5502227511S-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂單向1795562.089828織物8202641013T300碳纖維/環(huán)氧樹脂單向17601301.6110081結(jié)構(gòu)鋪層8106050638T700碳纖維/環(huán)氧樹脂單向21001301.6131081結(jié)構(gòu)鋪層1010606313815二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.4 復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用16二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.4 復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用17二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.5 熱塑性復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用目前，汽車上使用的玻纖增強(qiáng)塑料主要有玻纖增強(qiáng)PP、玻纖增強(qiáng)PA66或PA6以及少量PBT、PPO材料 。長線粒料（

6、LFT）在乘用車上的應(yīng)用18二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.5 熱塑性復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用 玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(GMT)，是目前國際上極為活躍的復(fù)合材料開發(fā)品種，主要用于生產(chǎn)多功能支架、儀表板托架、座椅骨架，發(fā)動機(jī)護(hù)板、蓄電池托架等。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車行業(yè)的LFT消耗量約占世界LFT行業(yè)總消耗量的80%。而在汽車行業(yè)中，歐美LFT消耗量大約占95%，其中歐洲占80%，美國占15%。業(yè)內(nèi)類似的研究使得長纖維增強(qiáng)熱塑性材料（LFRT）在重型卡車和大規(guī)模公共交通運(yùn)輸領(lǐng)域被廣泛關(guān)注，休閑車（RV）OEM制造商更是表示，探索熱塑性復(fù)合材料能夠幫助他們“車輛上的房子”性能更為優(yōu)越。 發(fā)動機(jī)護(hù)

7、板蓄電池托架玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(GMT)在乘用車上的應(yīng)用19二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.5 熱塑性復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用連續(xù)玻璃纖維和玻璃纖維通過合理的設(shè)計(jì)制造座椅骨架 德國化工巨頭巴斯夫公司和法國汽車配件集團(tuán)佛吉亞公司聯(lián)手設(shè)計(jì)了一種復(fù)合材料汽車座椅骨架。這種骨架用連續(xù)玻璃纖維和尼龍注塑成型，比傳統(tǒng)的汽車座椅減少了泡沫塑料和金屬用量，比傳統(tǒng)金屬骨架輕20%、薄30%。最重要的是，它減少了座椅中75%的泡沫用量。佛吉亞公司預(yù)計(jì)這種座椅在2014年就能進(jìn)入主流汽車市場。目前這種座椅有兩種設(shè)計(jì)形式，都采用暴露的骨架來減少材料用量。 上汽乘用車中心實(shí)驗(yàn)室胡仁其高級經(jīng)理在報(bào)告中單獨(dú)提

8、出來了這個(gè)應(yīng)用20二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.5 熱塑性復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用天然纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料在汽車內(nèi)裝飾件上的應(yīng)用汽車零部件纖維種類聚合物纖維含量車門板/襯墊洋麻/大麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50雜物箱/后擱物架洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50座位靠板/貨車車廂地板木纖維酚醛樹脂85亞麻聚丙烯50備胎蓋/車身后壁板亞麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50其他內(nèi)裝飾件洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯501. 該解決方案是為提高結(jié)構(gòu)和降噪性能而開發(fā)的2. 采用單一的復(fù)合材料（可以回收利用）3. 減輕重量， 降低成本工藝：LFT粒子注射成型 D-LFT模壓成型OEMs: Mercedes E-cl

9、ass 注射成型BMW 7-series 注射成型VW Polo 模壓VW Golf 模壓應(yīng)用舉例引擎降噪板/底部護(hù)板二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用21OEM BMW車型 7 series產(chǎn)量 55.000 cars重量 (6 parts) 6,7 kg供應(yīng)商 Faist部件加工商Polynorm工藝路線 擠出模壓成型使用材料 StaMax P 30YK430優(yōu)勢綜合成本比GMT更低，對汽車底部的保護(hù)較好應(yīng)用舉例引擎降噪板/底部護(hù)板22二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用OEM DCXVehicle E-class產(chǎn)量 250.000 cars部件重量 5 kg供應(yīng)商 Polynorm加工商 P

10、olynorm工藝路線 LFTP擠出模壓使用材料 StaMax P 20YK430 MB23二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用應(yīng)用舉例引擎降噪板/底部護(hù)板 給客戶帶來的好處： 和鋼材相比，降低了重量，節(jié)省了成本 便于組裝 功能綜合性提高 干濕分離 聲阻尼效果改善 產(chǎn)量 :500.000 cars/a 部件重量 : 1kg 改造方 : Faurecia 工藝路線 : 注射成型 使用材料 :Stamax P30YM24024二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用應(yīng)用舉例Ford-Fiesta 門板模塊尺寸 (L/W/H/WB) mm - 3626 / 1688 / 1396 / 2467整車質(zhì)量 - 11

11、25 kg產(chǎn)量 - 120,000 cars材料 - StaMax P 30YM240前端框架重量 - 3 kg制造商 - Faurecia 工藝 - 1500 T 注射成型優(yōu)勢：和鋼材相比節(jié)省了成本，減輕了重量部件25二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用應(yīng)用舉例BMW Mini Cooper前端框架26三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用27三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.1 熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用 從目前熱塑性復(fù)合材料和熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用來看，熱塑性復(fù)合材料主要是應(yīng)用于非承受力或次承受力的結(jié)構(gòu)件，而熱固性復(fù)合材料主要應(yīng)用于主承受力結(jié)構(gòu)上，比如層合板、加筋板和夾層結(jié)構(gòu)等。重型卡車

12、重型卡車中型卡車中型卡車輕型卡車輕型卡車客車客車SUV其他其他熱固性復(fù)合材料在車輛領(lǐng)域中的使用比例28三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.2 汽車用熱固性復(fù)合材料的種類 美國早于上世紀(jì)50年代中期開始了這一進(jìn)程，如1953年美國的通用汽車公司研制了一個(gè)全玻璃鋼復(fù)合材料的跑車Corvette，此后玻璃鋼被 廣泛應(yīng)用在汽車的頂蓋、前端框架、后舉門、前后保險(xiǎn)杠、前后翼子板、擋泥板、座椅骨架、底部護(hù)板、車門、進(jìn)氣岐管、散熱器罩等結(jié)構(gòu)和功能部件上。（1）玻璃鋼（2）碳纖維復(fù)合材料 玻璃鋼的模量低，剛度不足，不能用于主承力結(jié)構(gòu)，故在定義上不屬于先進(jìn)復(fù)合材料，目前能用于主承力結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料就是碳纖維復(fù)合材料

13、。 碳纖維復(fù)合材料由于其自身獨(dú)具的強(qiáng)度，剛度特性可以挑戰(zhàn)鋼用于汽車的主承力結(jié)構(gòu)，如受力骨架，車頂、底盤、側(cè)板、車門、帽罩、保險(xiǎn)杠、翼子板、輪轂、傳動軸以至板簧等部位，車種則包括賽車、高檔跑車、轎車、客車、貨車及各種特種車上。重點(diǎn)介紹碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用29三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3 碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用CFRP可應(yīng)用于汽車的六大主要系統(tǒng)： 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)：挺桿、連桿、搖臂、油箱底殼、水泵葉輪和罩等； 傳動系統(tǒng)：傳動軸、萬向節(jié)、減速器、殼罩等； 制動系統(tǒng)：剎車片； 底盤系統(tǒng)：縱梁、橫梁、支架、車輪、板簧等； 車體系統(tǒng)：引擎蓋、翼子板、散熱器罩、保險(xiǎn)杠、車燈架、車廂、行李架

14、、地板、門窗框架、尾翼、擾流板等； 附件：排氣筒、儀表板總成、方向盤、內(nèi)飾等。30三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3 碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用BMW i 系CFRP駕駛艙 在電動車量產(chǎn)車型上的首個(gè)突破（2011法蘭克福車展首次發(fā)布） 突破性構(gòu)造理念：Life Drive框架 BMW i3 (MCV) BMW i831三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3 碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用BMW MCV的CFRP引擎罩CFRP夾層結(jié)構(gòu)32三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3 碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用豪華跑車底盤Mosler MT900車身與底盤 CFRP底盤 模壓+熱壓罐成型的AFRP

15、車體33三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3 碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用高端跑車底盤Audi R8 GT :從全金屬車身到混合結(jié)構(gòu)車身：CFRP底盤+鋁副車架(2014)，減重目標(biāo)：100kgLamborghini Aventador LP700-434三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3 碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用高端跑車底盤Toyota: Lexus LFA:底盤結(jié)構(gòu)的65%為CFRP綜合多種復(fù)合材料制造工藝 手工鋪放預(yù)浸料：主框架 RTM:氣道、地板、頂蓋和引擎罩 SMC:CFRP 擾流板、內(nèi)飾 膠接技術(shù)35三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3 碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用車型

16、品牌產(chǎn)量/年復(fù)材部件及使用工藝Lamborghini Murcielago550車身/底盤/內(nèi)飾(autoclave)Ferrari Enzo150車身/底盤/內(nèi)飾(autoclave)Porsche Carrera GT180車身/底盤/內(nèi)飾(autoclave)Mercedes Mclaren SLR500車身/底盤(autoclave) 車門(Infusion)Aston Martin Vaniquish400引擎罩/翼子板/前后杠(Infusion/RTM)BMW M3 CSL1000引擎罩/翼子板/車頂(Infusion/RTM)MG X-Power SV250車身板/尾翼(Infu

17、sion/RTM)Morgan Aero 8300車身板/尾翼(Infusion/RTM)Koenigsegg CC50車身/底盤/座艙(autoclave/RTM)TVR Tuscan R50車身/底盤/座艙(autoclave/RTM)36三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.4 熱固性復(fù)合材料在貨車上的應(yīng)用37四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用38四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用 目前，發(fā)達(dá)國家車用塑料已占塑料總消耗量的7%8%，預(yù)計(jì)不久將達(dá)到10%11%。對于中國來說，塑料在汽車行業(yè)的應(yīng)用尚處于初級階段。塑料等非金屬材料在國產(chǎn)車上的應(yīng)用狀況還比不上進(jìn)口車。在歐洲，車用塑料的重量占汽車自重的20%，

18、平均每輛德國車使用塑料近300千克，占汽車總重量的22%。與國外相比，國產(chǎn)車的非金屬材料用量仍然偏少，國產(chǎn)車的單車塑料平均使用量為78千克，塑料用量僅占汽車自重的5%10%。 在過去的幾年中，亞太地區(qū)的復(fù)合材料市場取得了長足的發(fā)展，亞洲目前的復(fù)合材料市場的規(guī)模已經(jīng)超過180億歐元。亞洲市場的復(fù)合材料產(chǎn)量將翻番，預(yù)計(jì)到2015年可達(dá)到1000萬噸。強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)增長將繼續(xù)推動亞洲復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展中國、印度等主要市場將呈現(xiàn)快速增長的勢頭。四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用（一）復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢394.1 選材 從GFRP到CFRP 減重效果：GFRP: 25-35 wt%；CFRP: 5070

19、 wt% 從短切纖維到連續(xù)纖維 環(huán)境友好綠色復(fù)合材料 新型碳纖維的研發(fā)：Oak Radge: 木質(zhì)素基碳纖維 植物纖維：內(nèi)飾 熱塑性基體：PPPAPET四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用404 2 設(shè)計(jì)4.2.1 采用新的結(jié)構(gòu)形式 復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)： BMW i3引擎罩（一）復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用（一）復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢4 2 設(shè)計(jì)4.2.1 采用新的結(jié)構(gòu)形式 SMC加筋加肋：地板設(shè)計(jì)采用格柵結(jié)構(gòu)41四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用4.2.2 結(jié)構(gòu)一體化理念 傳統(tǒng)：等代設(shè)計(jì) 現(xiàn)代：結(jié)構(gòu)一體化趨勢 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)按承載功能分解，重新設(shè)計(jì)典型實(shí)例 BMW MCV的Life Drive模塊化框架 CFRP駕駛艙+鋁底盤，安全、輕質(zhì)（一）復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢42四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用4.2.3 新工藝提供新可能 PP-GF+CF的主結(jié)構(gòu)件 單向連續(xù)纖維+LFT（一）復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢43四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用4.3 制造 大批量自動化生產(chǎn)技術(shù)快速RTM技術(shù)樹脂的快速固化