复合材料在乘用车上应用 杨 洁　 2014年汽车复合材料应用研讨会

目 录 复合材料在乘用车上应用 1 2 复合材料优势分析与技术发展趋势 3 复合材料应用中技术问题与探讨

2014年汽车复合材料应用研讨会 在欧盟2000/53/EC指令（ELV）已明确要求，针对M1、N1类车2015年整车回收利用率要达到95%。 我国也将在2013年实施的汽车回收利用法规中，要求M1、N1类整车回收利用率85%。 为了满足汽车回收法规要求，乘用车企业普遍采用热塑性复合材料，如玻纤增强的PP、PA材料

2014年汽车复合材料应用研讨会 目前汽车常选用玻纤增强热塑性复合材料，其中以长纤维玻纤复合材料为主。 Long Fiber Compression DLFT & GMT LGF PP Long Fiber Injection Short Fiber Injection Continuous Fiber Source: innovation for living composite solutions

2014年汽车复合材料应用研讨会 涉及前端模块、侧门模块、后尾门骨架、备胎舱、座椅骨架、仪表板骨架、顶棚、底护板和发动机罩盖等部件

2014年汽车复合材料应用研讨会 目前，国内普遍选用机盖板、保险杠、后备门、传动轴等部件，开展碳纤维应用。 选用环氧树脂基材料，以RTM、真空导入等工艺生产的连续碳纤维增强材料。 同时，国内外材料企业，正在开发以注塑工艺的PP、PA等热塑性的碳纤维增强材料

2014年汽车复合材料应用研讨会 Summary of High Development Body Structure Mass Reductions

2014年汽车复合材料应用研讨会 密度小、重量轻、耐腐蚀； 耐冲击强度高，吸能性好； 设计自由度高、可设计集成； 材料易回收，可重复利用； 塑 料 料 的 优 势 耐冲击强度高，吸能性好； 设计自由度高、可设计集成； 材料易回收，可重复利用； 成型工艺简单，制造成本低。 塑料复合材料与金属等其它汽车材料相比具有重量轻、耐腐蚀等优势，符合汽车用材发展趋势。因此，塑料及其复合材料作为轻量化材料在汽车工业中有着非常广阔的应用前景。

2014年汽车复合材料应用研讨会 塑料复合材料越来越多的用来替代传统金属材料，成为实现汽车轻量化用材主要趋势之一。 各种材料车身质量对比 172 193.6 241.3 367.9 车身侧围 底板 横梁 车顶 碳纤维复合材料 碳纤/玻纤复合材料 玻纤复合材料 钢 各种材料车身质量对比 塑料复合材料越来越多的用来替代传统金属材料，成为实现汽车轻量化用材主要趋势之一。

2014年汽车复合材料应用研讨会 复合材料一个重要特点——集成性，如下图，选用复合材料代替传统的冲压成型技术，可以将多个零部件集成，以汽车前端模块为例，可将10多个件，集成1个，采用一次性注塑或模压成形。

英国莲花公司汽车材料用材发展规划与趋势，其中明确了复合材料发展方向。 2014年汽车复合材料应用研讨会 英国莲花公司汽车材料用材发展规划与趋势，其中明确了复合材料发展方向。 Resourse: An Assessment of Mass Reduction Opportunities for a 2017 – 2020 Model Year Vehicle Program

2014年汽车复合材料应用研讨会 德国在国家层面上规划的新能源汽车的多材料路线为（超）高强度钢、镁合金、铝合金、玻纤和碳纤复合材料： 资源来自：中国汽车参考（2011年12月）

2014年汽车复合材料应用研讨会 高效、节能、短周期、低成本是复合材料成形技术重要 发展方向，经过前期分析，采用在线注塑和在线模压工 艺，可将生产周期降低30%以上，成本降低10%以上。

2014年汽车复合材料应用研讨会 汽车零部件生产一般流程如下图所示：

2014年汽车复合材料应用研讨会 近年来，国内复合材料发展比较迅速，如杰士杰、俊尔等一大批企业均已开发热塑性复合材料，国内材料企业、高校等机构对应用技术研究还需要进一步完善： 1）材料基础数据很不完善，目前，供应商提供的材料数据，仅限于一般的力学性能、环境特性及工艺参数等； 2）高速材料性能数据、增强材料与基体材料模型、长/短纤维流动特性及分布的一般规律等基础数据缺失。

以汽车用进气歧管用复合材料为例，从材料、工艺等方面分析： 2014年汽车复合材料应用研讨会 以汽车用进气歧管用复合材料为例，从材料、工艺等方面分析： 考虑因素 混30%玻纤的尼龙6 混30%玻纤的尼龙6/6 单体 聚合己内酰胺 凝聚己二胺、己二酸 回收 化学解聚 机械回收-非解聚 结晶度 较低 较高 对油、燃油、溶剂的耐化学性 然而对强酸和苯酚有较差的耐性 较差 较好 耐气体渗透性 燃油蒸汽（mg-mm/㎡-天） 非常好 5 极好 1 熔化温度 210-220℃ 250-265℃ 非晶形 40℃ 50-60℃

2014年汽车复合材料应用研讨会 1.8MPa下热变形抗阻 200℃ 235℃ 拉伸强度 160-170MPa 155-165MPa 拉伸模量硬度基本与其一致 10GPa 略大于10GPa 密度g/cm3 1.36 1.34-140 高耐冲击性基本一致 10 KJ/㎡（23℃） 8 KJ/㎡（-40℃） 8 KJ/㎡（23℃） 吸水性 物理特性。潮湿环境下会降低 随吸水量大影响增强 1.4% 较差 较好 0.8-1.1% 焊接 焊接张力 爆破压力 83MPa 较高、较好 70-75MPa 较低、较差

2014年汽车复合材料应用研讨会 纤维材料模型 基体材料模型 混合材料均匀化 各向异性材料模型 有限元模型及分析 焊接接口 散乱分布的玻纤

2014年汽车复合材料应用研讨会 复合材料零部件在使用过程中，受到应力场、温度场等复杂工况条件，该环境下材料的服役力学如疲劳性能、蠕变性能等需要系统研究： 1）零部件整体的服役性能数据和服役性能评价方法； 2）交变条件下复合材料动态特性及其应用技术； 3）复杂工况下复合材料/产品的服役行为与失效机理模式； 4）材料的老化与失效机理、NVH特性及其控制机理等。

2014年汽车复合材料应用研讨会

2014年汽车复合材料应用研讨会 该图应为以需求带动，并联合材料供应商，进行深入研究后所提供，用于指导零件设计和生产工艺参数设计 振动焊接强度与焊接深度的关系 最大值为原材料强度75%的原因在于，随机分布的玻纤并不与焊接线垂直，而是与其平行（由焊接时模糊效应产生），导致焊接接口强度差。焊接表面的玻纤热材料降解及晶体区别也会造成强度下降。

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