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淺談SMC復合材料在汽車工業中的應用現狀及前景


發布者:admin 瀏覽次數: 發布時間: 2020-5-1 15:20:19

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年代初期首先出現在歐洲,在1965年左右美、日相繼發展了這種工藝。世界市場上的SMC大約在60年代末期即已初具生產規模,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/電氣等行業中。

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在歐洲,在1965年左右,美、日相繼發展了這種工藝。我國于80年代末,引進了國外先進的SMC生產線和生產工藝。

一、汽車工業中的應用現狀
自從1953年世界上首部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的一支生力軍。傳統的手糊成型工藝只適于小排量生產,無法滿足汽車工業不斷發展的需要。在20世紀70年代開始,由于SMC材料的成功開發和機械化模壓技術以及模內涂層技術的應用,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展的一個快速發展時期;到20年代90年代初,隨著環保和輕量化、節能等呼聲越來越高,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品和其它傳統材料,并取得更加經濟和安全的效果。

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要求的需要,目前開發應用潛力依然巨大。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。

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,以發動機及發動機周邊部件為主。如:發動機氣門罩蓋、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。

二、歐美等發達國家汽車工業中的應用現狀
1、玻璃鋼/復合材料在汽車上應用廣泛,玻璃鋼/復合材料工業科技水平高的,首推美國。

美國是世界上玻璃鋼/復合材料生產與消耗國,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。據美國復合材料制造商協會統計,2005年美國玻璃鋼/復合材料總產量為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。

三、亞洲應用情況
日本依然是當今公認經濟大國,其汽車制造業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發達,鋼材質優價廉。直到20世紀80年代中期,日本才正式開始積極研究開發FRP汽車部件,并轉入規模生產,其中大部分采用SMC工藝,而且呈逐年上升趨勢。韓國汽車工業基本上走日本汽車材料發展之路。

四、中國汽車工業中的應用現狀

到20世紀80年代中后期,隨著國家汽車發展政策的重大轉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的蓬勃發展取得突破,逐步改變了原有傳統手糊工藝單一作業模式,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?;a技術與能力,零部件質量大幅提高,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模應用始于引進車型上,也在自主開發的一些車型上得到應用,尤其在近幾年來取得了長足發展。


1、轎車方面的應用
目前我國轎車生產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,部分實現本地化生產配套,但相當一部分部件依然需要KD件進口;國產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)奇瑞在新車型開發中設計使用SMC制造車門。

2、客車方面的應用
玻璃鋼/復合材料在國內大型、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。

3、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工藝逐步替代傳統手糊工藝的趨勢。

4、載貨車方面的應用
隨著載貨車技術的引進、消化、吸收以及自主創新,近年來國內載貨車技術得到很大的提高、優化與改進,同時隨著國民經濟的高速發展帶來的市場驅動帶來載貨車產量的不斷攀升,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、前翻轉蓋板、前圍面罩、保險杠、翼子板、側圍護板、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、側裙板、雜物箱以及發動機內部件等。

近幾年來,投入批產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”、鎮江華菱重卡、安徽精功重卡、江淮格爾發、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/復合材料在汽車業中應用拓展德亮點。相對于國內重型載貨車火爆的市場需求和開發沖勁而言,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。

5、我國汽車復合材料應用前景
我國汽車工業的發展很大程度上得益于資本和技術的引進,同時也得益于國內汽車主機廠自主設計開發能力的提高。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,并進一步實現諸如寶馬、奔馳等當代高檔轎車實現同步開發與生產。統計數據顯示,2006年我國汽車產銷量突破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國。隨著國民經濟繼續保持較快增長的態勢下,今后我國汽車工業仍將穩步上升。

汽車工業的發展日新月異,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??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。

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