复合材料在汽车上的应用.ppt
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1、刘明昌2013年11月5日复合材料在汽车上的应用SAMPE中国年会轻量化轻量化复合材料为汽车减重复合材料为汽车减重报告内容2一、复合材料在汽车上的应用现状3一、复合材料在汽车上的应用现状4 复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。由于复合材料的范围较广,分类较多,本报告中涉及的复合材料均为高分子复合材料,其基体材料为热固性树脂和热塑性树脂。 由于复合材料具有高的比强度和比模度、抗疲劳性能好、良好的破裂安全性能、优良的高温性能、减震性能好、成型工艺简便灵活及可设计性强等特点,复合材料越来越多的应用于
2、汽车行业;而且复合材料可设计性强、开放周期短以及减轻整车重量的优势,国内外都在大力研发汽车用复合材料和复合材料汽车。 随着汽车工业的不断发展,节能、安全、轻量化将成为未来汽车的主要发展方向,而具有刚性大、强度高、重量轻等特点的复合材料正好顺应了汽车的发展趋势。因此,复合材料在汽车产业的应用就变得尤为重要,其在汽车上的广泛应用前景和发展趋势,必将导致未来汽车材料的巨大革新。有人称,2013年是复合材料汽车元年一、复合材料在汽车上的应用现状5 统计显示,全世界平均每辆汽车的塑料用量在2000年就已达105千克,约占汽车总重量的8%12%。而发达国家汽车的单车塑料平均使用量为120千克,占汽车总重量
3、的12%20%。近两年,车用塑料的最大品种聚丙烯,每年以2.2%2.8%的速度加快增长,预计到2020年,发达国家汽车平均用塑料量将达到500千克/辆以上。 目前,德国奔驰高级轿车塑料及复合材料用量已经达到150千克/辆,而奥迪车就更多了,如奥迪A2型轿车,塑料及复合材料件总重量已达220千克,占总用材的24.6%。1.1 汽车工业成为复合材料的最大用户一、复合材料在汽车上的应用现状6 在塑料及其复合材料在汽车上的应用历程上,中航复合材料有限责任公司李宏远副总经理的“复合材料在汽车领域的应用”报告认为:(1)成熟的第一步:通用改性塑料,比如PP、PVC、ABS及PA等耐热热增强改性,主要应用在
4、汽车内外装饰件上。(2)进行的第二步:长/短玻璃纤维增强复合材料,主要应用于汽车部分结构件和功能件上,是目前广泛应用于汽车上的重要复合材料。u 纤维热塑性塑料:SMC/BMC;u 纤维热塑性塑料:GMT、LFT。(3)关键的第三步:汽车用复合材料关键性的第三步,碳纤维增强复合材料(CFRP),主要应用于车身承载结构件。(4)追求的第四步:追求绿色的第四步,天然植物纤维增强复合材料,主要应用于汽车内外装饰件,有机回收,环保。1.2 复合材料在汽车上的应用历程一、复合材料在汽车上的应用现状71.3 汽车用复合材料成型工艺HLUSMCRTMLFTBMCGMTR/S-RIMFW8二、热塑性复合材料在汽
5、车上的应用白车车身材料2008年450Kg2012年400Kg2016年350Kg2020年290Kg1.4 复合材料在车上应用趋势二、热塑性复合材料在汽车上的应用9二、热塑性复合材料在汽车上的应用10复合材料在上汽乘用车上的应用,胡仁其 高级经理,上汽乘用车中心实验室2.1 整车轻量化的意义燃油车辆燃油车辆车身质量10%100Kg燃油效率6%8%油耗0.3L0.6L/百公里电动车辆电动车辆车身质量10%100Kg行程8%二、热塑性复合材料在汽车上的应用112.2 整车轻量化的途径汽车轻量化轻质材料l 高强钢l 轻合金l 复合材料l 结构优化设计l 等强度设计l 形状拓扑优化l 集成化设计l
6、先进制造工艺l 激光拼焊板l 连续变截面板l 空心连续变截钢管l 自冲铆接l 复合材料的使用时整车轻量化的主要途径之一。二、热塑性复合材料在汽车上的应用122.3 典型乘用车所用材料 高分子复合材料具有比强度、比模量大,耐疲劳性能好,阻尼减震性好,破损安全性高和耐腐蚀性能优越等特点,因此高分子复合材料的使用能够在使得汽车在节能减重的同时更具安全和舒适性。二、热塑性复合材料在汽车上的应用132.3 典型乘用车所用材料基体材料环氧树脂聚氨酯聚丙烯尼龙纤维碳纤维玻璃纤维天然纤维高分子复合材料二、热塑性复合材料在汽车上的应用142.3 典型乘用车所用材料材料体系拉伸强度(MPa)拉伸模量(GPa)密度
7、(g/cm)比强度MPa/(g/cm)比刚度GPa/(g/cm)铝合金420722.815126钢(结构用)12002067.815326SMC80-25010-161.7-1.9535.3BMC30-6010-121.8-2.1-LFT96-3409-201.414610玻璃纤维/聚酯单向1245482.062324织物5502227511S-玻璃纤维/环氧树脂单向1795562.089828织物8202641013T300碳纤维/环氧树脂单向17601301.6110081结构铺层8106050638T700碳纤维/环氧树脂单向21001301.6131081结构铺层10106063138
8、15二、热塑性复合材料在汽车上的应用2.4 复合材料在乘用车上的应用16二、热塑性复合材料在汽车上的应用2.4 复合材料在乘用车上的应用17二、热塑性复合材料在汽车上的应用2.5 热塑性复合材料在乘用车上的应用目前,汽车上使用的玻纤增强塑料主要有玻纤增强PP、玻纤增强PA66或PA6以及少量PBT、PPO材料 。长线粒料(LFT)在乘用车上的应用18二、热塑性复合材料在汽车上的应用2.5 热塑性复合材料在乘用车上的应用 玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT),是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种,主要用于生产多功能支架、仪表板托架、座椅骨架,发动机护板、蓄电池托架等。 据统计,汽车行业的LF
9、T消耗量约占世界LFT行业总消耗量的80%。而在汽车行业中,欧美LFT消耗量大约占95%,其中欧洲占80%,美国占15%。业内类似的研究使得长纤维增强热塑性材料(LFRT)在重型卡车和大规模公共交通运输领域被广泛关注,休闲车(RV)OEM制造商更是表示,探索热塑性复合材料能够帮助他们“车辆上的房子”性能更为优越。 发动机护板蓄电池托架玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)在乘用车上的应用19二、热塑性复合材料在汽车上的应用2.5 热塑性复合材料在乘用车上的应用连续玻璃纤维和玻璃纤维通过合理的设计制造座椅骨架 德国化工巨头巴斯夫公司和法国汽车配件集团佛吉亚公司联手设计了一种复合材料汽车座椅骨架。
10、这种骨架用连续玻璃纤维和尼龙注塑成型,比传统的汽车座椅减少了泡沫塑料和金属用量,比传统金属骨架轻20%、薄30%。最重要的是,它减少了座椅中75%的泡沫用量。佛吉亚公司预计这种座椅在2014年就能进入主流汽车市场。目前这种座椅有两种设计形式,都采用暴露的骨架来减少材料用量。 上汽乘用车中心实验室胡仁其高级经理在报告中单独提出来了这个应用20二、热塑性复合材料在汽车上的应用2.5 热塑性复合材料在乘用车上的应用天然纤维增强热塑性树脂复合材料在汽车内装饰件上的应用汽车零部件纤维种类聚合物纤维含量车门板/衬垫洋麻/大麻聚丙烯50木纤维聚丙烯50杂物箱/后搁物架洋麻聚丙烯50亚麻聚丙烯50座位靠板/货
11、车车厢地板木纤维酚醛树脂85亚麻聚丙烯50备胎盖/车身后壁板亚麻聚丙烯50木纤维聚丙烯50其他内装饰件洋麻聚丙烯50亚麻聚丙烯501. 该解决方案是为提高结构和降噪性能而开发的2. 采用单一的复合材料(可以回收利用)3. 减轻重量, 降低成本工艺:LFT粒子注射成型 D-LFT模压成型OEMs: Mercedes E-class 注射成型BMW 7-series 注射成型VW Polo 模压VW Golf 模压应用举例引擎降噪板/底部护板二、热塑性复合材料在汽车上的应用21OEM BMW车型 7 series产量 55.000 cars重量 (6 parts) 6,7 kg供应商 Faist部
12、件加工商Polynorm工艺路线 挤出模压成型使用材料 StaMax P 30YK430优势综合成本比GMT更低,对汽车底部的保护较好应用举例引擎降噪板/底部护板22二、热塑性复合材料在汽车上的应用OEM DCXVehicle E-class产量 250.000 cars部件重量 5 kg供应商 Polynorm加工商 Polynorm工艺路线 LFTP挤出模压使用材料 StaMax P 20YK430 MB23二、热塑性复合材料在汽车上的应用应用举例引擎降噪板/底部护板 给客户带来的好处: 和钢材相比,降低了重量,节省了成本 便于组装 功能综合性提高 干湿分离 声阻尼效果改善 产量 :500



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