先進復合材料在汽車領域的應用

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  先進復合材料在汽車上的應用
1．玻璃鋼的應用
以玻璃纖維為增強體的復合材料即玻璃鋼為復合材料的重要品種之一，在汽車工業中早有應用，且應用近年來呈逐漸上升之勢。美國早于上世紀50年代中期開始了這一進程，如1953年美國的通用汽車公司研制了一個全玻璃鋼復合材料的跑車Corvette，此后玻璃鋼被  廣泛應用在汽車的頂蓋、前端框架、后舉門、前后保險杠、前后翼子板、擋泥板、座椅骨架、底部護板、車門、進氣岐管、散熱器罩等結構和功能部件上。據知國外玻璃鋼總產量的30%左右要用在以汽車    為核心的交通運輸領域。我國亦早于上世紀50年代始即開始了玻璃鋼在汽車上的應用。80年代后北京中華汽車公司率先制造了玻璃鋼車身，90年代末珠海公牛高性能復合材料有限公司研制了一個全玻璃鋼轎車，并在西安投入量產，還在湖北二汽作了整車碰撞試驗，據說防撞效果優于金屬的。山東武城制造過齊魯牌全玻璃鋼面包車，據說僅山東武城就有相關企業600多家，規模可見一斑。現在玻璃鋼已廣泛用在我國的各種轎車、客車、貨車和特種汽車上，除了有“北京汽車玻璃鋼有限公司”等多家專門企業外，各大汽車生產廠家內部多建有專門的復合材料生產車間部門，應用呈逐漸上升的態勢。歐洲用量已達車體質量的15%左右，我國僅為其半，還有較大發展空間。
但是玻璃鋼的模量低，剛度不足，不能用于主承力結構，故在定義上不屬于先進復合材料，亦不是本文介紹的重點。下面本文將重點介紹以碳纖維為增強體的先進復合材料在汽車上應用的國內外最新情況。
2．先進復合材料的應用
先進復合材料由于其自身獨具的強度，剛度特性可以挑戰鋼用于汽車的主承力結構，如受力骨架，車頂、底盤、側板、車門、帽罩、保險杠、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。如F—1賽車的車體結構的75%即由碳纖維復合材料制成，采用硬殼式結構（Monocoque）,整體成型，提高了加減速性能和安全性能。美國GM公司的Ultralite全復合材料高檔運動車，得競賽冠軍的太陽能賽車等均由先進復合材料制成。現世界上已有多臺全復合材料轎車問世，典型的如意大利研制的K200 Road 雙座全復合材料汽車，車體重僅300kg，號稱世界上最輕的雙人座轎車。該車采用整體成型技術，連接件鑲嵌在車體內，用熱壓罐法一次成型。荷蘭人甚至研制了一個全復合材料超級巴士（Superbus）,該車15×2.5×1.5m,可乘24人，雙側各有8個門上下方便。該車為—電動車，車速達250km/小時，環保無污染。其主用材為T700—12K/環氧樹脂，采用真空輔助樹脂熔塑法成形（VARI），其結構設計與制造極類似于飛機的情況，英國AXON汽車公司研制了一個碳纖維的節能汽車，較鋼制車減重40%，油耗為35km/升，車速可達140km/小時，價格不高于金屬車，計劃2010年投入量產。復合材料制傳動軸和板簧可較對應鋼制件減重50—60%，且有更好的減震阻尼特性，據說歐洲和日本有較多的應用。碳碳基和陶瓷基復合材料還可用作高檔賽車和轎車的剎車盤。歐洲的EADS等公司還研制了汽車輪轂等制件。復合材料可生產出光滑亮麗的A級表面，甚至無防護涂層即可應用。
美國專門成立有“汽車復合材料聯盟”ACA（Automotive Composites Alliance），系美國復合材料制造協會（ACMA）下屬的一個工業聯盟。其系統地研究了先進復合材料在汽車上應用的典型部件減重和成本情況，以及防腐、震動、噪音等方面的改進情況，結果認為大有效益，值得繼續深入研究。

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