SMC復合材料在汽車工業(yè)中的應用現(xiàn)狀及前景
2024/6/19 15:43:56
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片狀模塑料（SMC），是一種干法制造不飽和聚酯玻璃鋼制品的模塑料。它在60年代初期首先出現(xiàn)在歐洲，在1965年左右美、日相繼發(fā)展了這種工藝。世界市場上的SMC大約在60年代末期即已初具生產(chǎn)規(guī)模，此后一直以每年20%～25%的增長速率快速增長，廣泛應用于運輸車輛、建筑、電子/電氣等行業(yè)中。圖片SMC（片狀模塑料）SMC復合材料是Sheet molding compound的縮寫，即片狀模塑料。主要原料由GF（專用紗）、UP（不飽和樹脂）、低收縮添加劑，MD（填料）及各種助劑組成。它在二十世紀六十年代初首先出現(xiàn)在歐洲，在1965年左右，美、日相繼發(fā)展了這種工藝。我國于80年代末，引進了國外先進的SMC生產(chǎn)線和生產(chǎn)工藝。圖片圖片圖片圖片汽車工業(yè)中的應用現(xiàn)狀自從1953年世界上第一部FRP汽車——GM Corvette制造成功以后，玻璃鋼/復合材料即成為汽車工業(yè)的一支生力軍。傳統(tǒng)的手糊成型工藝只適于小排量生產(chǎn)，無法滿足汽車工業(yè)不斷發(fā)展的需要。在20世紀70年代開始，由于SMC材料的成功開發(fā)和機械化模壓技術以及模內(nèi)涂層技術的應用，促使玻璃鋼/復合材料在汽車應用的年增長速度達到25％，形成汽車玻璃鋼制品發(fā)展的第一個快速發(fā)展時期；到20年代90年代初，隨著環(huán)保和輕量化、節(jié)能等呼聲越來越高，以GMT（玻璃纖維氈增強熱塑性復合材料）、LFT（長纖維增強熱塑性復合材料）為代表的熱塑性復合材料得到了迅猛發(fā)展，主要用于汽車結構部件的制造，年增長速度達到10～15％，掀起第二個快速發(fā)展時期。作為新材料前沿的復合材料逐步替代汽車零部件中的金屬產(chǎn)品和其它傳統(tǒng)材料，并取得更加經(jīng)濟和安全的效果。圖片玻璃鋼/復合材料汽車零部件主要分為三類：車身部件、結構件及功能件。 1、車身部件，包括車身殼體、車蓬硬頂、天窗、車門、散熱器護柵板、大燈反光板、前后保險杠等以及車內(nèi)飾件。這是玻璃鋼/復合材料在汽車中應用的主要方向，主要適應車身流線型設計和外觀高品質(zhì)要求的需要，目前開發(fā)應用潛力依然巨大。主要以玻璃纖維增強熱固性塑料為主，典型成型工藝有：SMC/BMC、RTM和手糊/噴射等。 圖片2、結構件：包括前端支架、保險杠骨架、座椅骨架、地板等，其目的在于提高制件的設計自由度、多功能性和完整性。主要使用高強SMC、GMT、LFT等材料。3、功能件：其主要特點是要求耐高溫、耐油腐蝕，以發(fā)動機及發(fā)動機周邊部件為主。如：發(fā)動機氣門罩蓋、進氣歧管、油底殼、空濾器蓋、齒輪室蓋、導風罩、進氣管護板、風扇葉片、風扇導風圈、加熱器蓋板、水箱部件、出水口外殼、水泵渦輪、發(fā)動機隔音板等。主要工藝材料為：SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纖維增強尼龍等。 4、其他相關部件：如CNG氣瓶、客車與房車衛(wèi)生設施部件、摩托車部件、高速公路防眩板和防撞立柱、公路隔離墩、商品檢測車頂柜等。歐美等發(fā)達國家汽車工業(yè)中的應用現(xiàn)狀1、玻璃鋼/復合材料在汽車上應用最廣泛，玻璃鋼/復合材料工業(yè)科技水平最先進的，首推美國。 圖片美國是世界上第一大玻璃鋼/復合材料生產(chǎn)與消耗國，美國在汽車上大量采用玻璃鋼/復合材料，使汽車輕量化取得了顯著效果。據(jù)美國復合材料制造商協(xié)會統(tǒng)計，2005年美國玻璃鋼/復合材料總產(chǎn)量為326萬噸，其中熱固性復合材料186萬噸，熱塑性復合材料140萬噸。據(jù)估算，目前美國汽車用復合材料年消耗量超過70萬噸；其中32％的熱固性復合材料用于汽車及其相關領域，相當一部分部件采用了SMC模壓工藝。在美國，有65%的美國轎車采用SMC作前臉和散熱器護柵板；95％以上汽車前燈反射鏡已采用BMC作為主要材料。復合材料在汽車上的應用幾乎涵蓋了美國本土的所有汽車制造廠家，如通用汽車、福特汽車、戴姆勒?克萊斯勒（DC）三大汽車公司以及Mack、Aero-star等重型車廠。 最新應用實例如下：1）GM EV1全FRP車身電動汽車，包括SMC車頂、SMC發(fā)動機蓋、SMC后背廂蓋、SMC車門、RRIM前翼子板、RRIM前后面板、RRIM后角板和后輪襯板、SRIM全空氣動力學前面板、玻纖增強PUR儀表板、RTM底盤。圖片2）Ford Calaxy前端支架（GMT）、Focus/C-MAX前窗下飾板（SMC）、Thunderbird前端板、發(fā)動機蓋板、前翼子板、后背廂蓋、后座蓋板（SMC）、Cadillac XLR門板、后背廂蓋、翼子板、前端板（SMC）、Lincoln Continental發(fā)動機蓋、翼子板、后背廂蓋（SMC）等。 3）Chrysler Crossfire后導流板、擋風玻璃蓋板/a-立柱（SMC）；Maybach 后背廂蓋（SMC）；Alfa Romeo Spider和Smart Roadster等的發(fā)動機蓋板、后背廂蓋（SMC）等。 歐洲應用情況在歐洲，英、德、法、意、瑞典等國家較早采用了玻璃鋼/復合材料汽車部件。目前玻璃鋼/復合材料已在梅德賽斯－奔馳、BMW、大眾、標致－雪鐵龍、沃爾沃、菲亞特、蓮花、曼恩等歐洲汽車廠的轎車、客車和載貨車等各種車型中大量應用。汽車復合材料年消耗量約占其復合材料年產(chǎn)量的25％左右；其中35％左右的SMC、80％以上的GMT與LFT均用于汽車部件制造。圖片最新應用實例如下： 1）梅德賽斯－奔馳轎車：CL coupe 后背廂蓋（SMC），運動型 Coupe 后尾門（SMC，如圖1）；SLR天窗、隔音罩、通風側(cè)板、后擾流板（SMC）；S系列后保險杠支架（GMT/LFT）；E系列車燈反射罩（BMC）等。圖片梅德賽斯－奔馳Coupe車型SMC后尾門 2）BMW 3系列Touring和X5的后擾流板（SMC）、BMW Z4硬頂（SMC）、BMW系列后保險杠支架（GMT/LFT）、BMW 5系列車燈反射罩（BMC）等。 3）VW Touareq/Polo GT1/Lupo GT1/FS1后擾流板（SMC）、VW Golf R32 發(fā)動機蓋（SMC）、Audi A2分割式儲物箱（SMC）、Audi A4可折疊型后背箱蓋（SMC）、VW Golf A4車燈反射罩（BMC），以及Golf全復合材料車身電動車。圖片 全FRP車身電動車 4）標致607備胎箱（LFT），標致405保險杠支架（LFT），標致807后尾門、翼子板（SMC）；以及雪鐵龍系列Berlngo車頂模板（SMC），Xantian前端支架（LFT），AX尾部底板總成（GMT），C80后尾門（SMC）等。5）Volvo XC70、XC90、V70后尾門（SMC/BMC）以及Renault Espace后舉升門、側(cè)門、側(cè)護板及車頂（SMC）和Mosaic前端結構骨架總成（LFT）、車燈反射罩（BMC）。 6）在梅德賽斯－奔馳Actros/Actros Megaspace、MAN TG-A和F2000、Volvo FH/FM系列、Renault Magnum/Premium/Midlum、Premium H130以及Scania以及Iveco Stralis等新型重型載貨車車型上，均大量使用以SMC為主導的復合材料。圖片復合材料在重型載貨車典型應用實例——MAN TG-A圖片 Volvo FH/FM系列用D12發(fā)動機油底殼 亞洲應用情況日本依然是當今公認經(jīng)濟大國，其汽車制造業(yè)與歐美同屬領先地位，但采用玻璃鋼/復合材料的步伐和進展要落后很多，主要原因是日本冶金工業(yè)發(fā)達，鋼材質(zhì)優(yōu)價廉。直到20世紀80年代中期，日本才正式開始積極研究開發(fā)FRP汽車部件，并轉(zhuǎn)入規(guī)模生產(chǎn)，其中大部分采用SMC工藝，而且呈逐年上升趨勢。韓國汽車工業(yè)基本上走日本汽車材料發(fā)展之路。 圖片圖片圖片圖片我國汽車工業(yè)中的應用現(xiàn)狀到20世紀80年代中后期，隨著國家汽車發(fā)展政策的重大轉(zhuǎn)型以及國外先進汽車技術和資本的引入，汽車復合材料的應用隨著我國汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展取得突破，逐步改變了原有傳統(tǒng)手糊工藝單一作業(yè)模式，通過技術引進與消化吸收融入了SMC、RTM、噴射等工藝技術，形成了一定的規(guī)�；a(chǎn)技術與能力，零部件質(zhì)量大幅提高，汽車主機廠對汽車復合材料認同度大大增強。我國汽車復合材料的大規(guī)模應用始于引進車型上，也在自主開發(fā)的一些車型上得到應用，尤其在近幾年來取得了長足發(fā)展。圖片圖片轎車方面的應用目前我國轎車生產(chǎn)仍然以進口車型為主，主要分為美系、歐系與日韓系。另有一些完全的自主品牌，如奇瑞、長城、獵豹等。進口車型的復合材料部件基本沿用原廠設計，部分實現(xiàn)本地化生產(chǎn)配套，但相當一部分部件依然需要KD件進口；國產(chǎn)品牌轎車上復合材料部件還較少使用。 應用實例：1）北京奔馳300C油箱副隔熱板（乙烯基酯SMC）；2）北汽二代軍車――勇士系列（圖5）的硬頂、發(fā)動機蓋、翼子板（手糊FRP）、前后保險杠、蓄電池托架（SMC）等；3）鄭州日產(chǎn)銳騏（SUV）頂飾件總成、中隔窗（SMC）；4）東風雪鐵龍標致307前端支架（LFT）；5）上汽榮威的底部導流板（SMC）；6）上海通用別克凱悅、君悅的天窗板（SMC）、后靠背骨架總成（GMT）；7）上海大眾帕薩特B5底部防護板（GMT）；南汽名爵（MG）車頂（SMC）；8）奇瑞在新車型開發(fā)中設計使用SMC制造車門。圖片二代軍車勇士系列 客車方面的應用玻璃鋼/復合材料在國內(nèi)大型、豪華客車中均有應用，幾乎囊括如廈門/蘇州金龍、西沃、安凱、鄭州宇通、丹東黃海、福田歐V等所有客車廠家的所有車型，涉及應用部件有前后圍、前后保險杠、翼子板、輪護板、裙板（側(cè)圍板）、后視鏡、儀表板、倉門板等。由于此類客車部件類多、較大、量小，一般采用手糊/噴射或RTM工藝成型。 在中小型客車中，玻璃鋼/復合材料也有廣泛應用。如南京依維柯S系列車的SMC前保險杠、手糊/RTM硬頂、BMC前大燈反射罩，都靈V系列車的SMC豪華面罩、電動門總成、三角窗總成、后行李廂門總成和FRP后圍總成等。近年來，玻璃鋼/復合材料在微型客車領域應用有所增加，而且有應用SMC、RTM工藝逐步替代傳統(tǒng)手糊工藝的趨勢。 圖片載貨車方面的應用隨著載貨車技術的引進、消化、吸收以及自主創(chuàng)新，近年來國內(nèi)載貨車技術得到很大的提高、優(yōu)化與改進，同時隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展帶來的市場驅(qū)動帶來載貨車產(chǎn)量的不斷攀升，玻璃鋼/復合材料在載貨車中取得了突破性的應用，尤其在中重型卡車方面。以SMC、RTM為主導的復合材料應用尤為活躍，涉及駕駛室頂蓋、前翻轉(zhuǎn)蓋板、前圍面罩、保險杠、翼子板、側(cè)圍護板、腳踏板、輪罩及其裝飾板、門下裝飾板、前圍裝飾罩、導風罩、導流板、導流罩、側(cè)裙板、雜物箱以及發(fā)動機內(nèi)部件等。 近幾年來，投入批產(chǎn)的重型載貨車新車型包括：解放J5和J6、東風天龍、中國重汽“華沃”和“豪濼”、北汽福田“歐曼ETX”、陜汽“德御”和“德龍F3000”、重慶紅巖“霸王”和“斯達-斯太爾”、東風柳汽“新霸龍”（507）、洛陽福賽特“福德”、鎮(zhèn)江華菱重卡、安徽精功重卡、江淮格爾發(fā)、金華青年“曼”、南汽凌野等，在車身件上大量使用了玻璃鋼/復合材料，主要以SMC為主，輔以RTM、噴射和手糊等工藝技術，成為近年來玻璃鋼/復合材料在汽車業(yè)中應用拓展德亮點。相對于國內(nèi)重型載貨車火爆的市場需求和開發(fā)沖勁而言，在中、輕型載貨車和皮卡車市場相對萎縮，玻璃鋼/復合材料的應用情況有下降趨勢。圖片歐曼ETX重型載貨車中汽車復合材料應用實例 圖片圖片圖片我國汽車復合材料應用前景我國汽車工業(yè)的發(fā)展很大程度上得益于資本和技術的引進，同時也得益于國內(nèi)汽車主機廠自主設計開發(fā)能力的提高。我國實行改革開放以來，由于引進合資，我國的汽車制造能力從四五十年代的解放牌水平一下子提高到可以制造奧迪A6、帕薩特B5，別克等近代先進轎車的水平，并進一步實現(xiàn)諸如寶馬、奔馳等當代最高檔轎車實現(xiàn)同步開發(fā)與生產(chǎn)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2006年我國汽車產(chǎn)銷量突破700萬輛，成為繼美國市場之后的世界第二大市場和僅次于美國和日本的世界第三大汽車生產(chǎn)國。隨著國民經(jīng)濟繼續(xù)保持較快增長的態(tài)勢下，今后我國汽車工業(yè)仍將穩(wěn)步上升。圖片 我國1990年-2006年汽車產(chǎn)銷量未來的汽車與現(xiàn)在的汽車在很多方面不會有太大的區(qū)別，但設計思想會有很大不同。當今社會，人們目光的角度已逐漸轉(zhuǎn)到人與自然的關系問題上，環(huán)境與能源問題成為世界上每個國家能否生存和發(fā)展的關鍵。隨著人們環(huán)保意識的不斷提高以及各國環(huán)保法規(guī)的相繼出臺，綠色汽車已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的必然趨勢。而復合材料作為未來汽車材料發(fā)展的主流，必將在其中扮演非常重要的角色。構筑材料、成型加工、設計、檢查一體化的材料系統(tǒng)，形成聯(lián)盟和集團化的組織系統(tǒng)，這將更充分的利用各方面的資源（技術資源、物質(zhì)資源），緊密聯(lián)系各方面的優(yōu)勢，以推動復合材料工業(yè)的進一步發(fā)展。圖片汽車工業(yè)的發(fā)展日新月異，復合材料的研究也是一日千里，各種新型的車型，新式的材料不斷地涌現(xiàn)�？梢灶A測在不久的將來，更高性能的復合材料將更大范圍地應用在汽車領域中。
