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1、从汽车环保和轻量化展望复合材料发展趋势中国一汽技术中心非金属研究室 1 汽车工业的研究方向汽车产业在世界各地蓬勃发展的同时 也带来环境污染和能源短缺两大严重的负面影响 据调查 石油消费品中 其中35 是作为汽车的燃料被使用 可见汽车燃料消耗占有很大比重 这种状况必将导致汽车行业的研究方向进行相应调整 轻量 节能和环保成为国际汽车工业研究的主题 轻量和节能 为减轻汽车产品自重 节省材料 降低汽车燃油消耗和低排量 降低生产和使用成本 轻量 节能一直是国际汽车工业研究的主题 与20年前相比 国外轿车自重减少了20 26 每辆轿车所用钢 铸铁 铜 玻璃的数量将分别下降15 29 13 和13 铝 镁
2、粉末冶金 塑料的用量将分别增加31 100 20 和29 环保 为保护环境 国际汽车工业对汽车产品使用环保型材料给予了高度重视 汽车废旧材料回收 再生与利用技术已成为热点 并开始形成一种新兴的产业 汽车轻量 节能和环保既是国际汽车的发展方向 也是我国产业政策的要求 近期国家发改委 科技部和环保局联合制定了 汽车产品回收利用技术政策 要求2010年车辆可回收利用率达80 85 材料的再利用率不低于75 80 在这方面 汽车材料的革命和发展将起着主要的和推动的作用 而塑料与汽车轻量化 节能和环保有着密不可分的关系 2 汽车轻量化的途径汽车材料是影响汽车重量的重要因素 对节省能源及改善污染议题都有相
3、当程度的影响 汽车减重是节省能源及降低污染的最佳途径 而 轻量化结构 则提供汽车减重的方法 除了 多功能系统整合 生产技术 外 新材料的应用 也占有举足轻重的地位 目前国外实现汽车轻量化的方法主要有两种 1 改进汽车结构 使部件薄壁化 中空化 小型化和复合化 对内饰 发动机和底盘等所有汽车零部件进行结构和工艺改进等 2 采用轻量化的金属和非金属材料 主要是指铝合金 镁合金 高强度钢材 工程塑料及纤维增强复合材料等 目前世界主要汽车用塑料件的内饰化已基本完成 玻璃纤维增强塑料 FRP 等新品种已随着技术的成熟而正在扩大应用 主要用于车身的外装件和功能件 可用于车门 发动机罩 前格栅 翼子板 保险
4、扛骨架 门柱护板 通风百叶窗 导流罩等近20种车身板件 复合材料性能适合车身轻量化 降低油耗的要求 传统的汽车车身材料处于以薄钢板为主的单一状态 不能适应人们追求高速与轻量化的要求 为减轻其质量 改善风阻系数和降低油耗 许多汽车厂家都积极研究和利用新材料以达到上述要求 许多种类型的复合材料都在车身轻量化过程中得到了施展才能的舞台 并在汽车的轻量化进程中大显身手 随着新型材料研究工作的不断深入 以及复合材料制备技术的不断突破 复合材料在车身轻量化进程中的作用必将更加突出 目前我司采用复合材料制作的汽车零件有顶盖 前保险杠面罩 前围外板 左右侧导流罩 中部导流板装饰罩 顶盖带天窗总成 牌照板 左右
5、前侧外板 翼子板 脚踏板装饰罩 大灯装饰罩等 我公司载重汽车的复合材料使用已经十分广泛 而在轿车上的使用还需进行进一步的开发研究 因此 未来复合材料的发展目标应是开发轿车等领域用高分子聚合物基复合材料大型构件并实现产业化 3 轻量化对材料的需求用更轻 更耐用 对环境污染更小并可回收的材料是汽车选材的方向 这涉及到材料的选择 组成 加工过程 新型材料需要新型制造技术 制造技术是决定材料实用化的关键 因此这些技术往往是各国汽车业的尖端技术 复合材料在汽车工业中应用的主要驱动力之一是轻量化 然而 不同种类的汽车轻量化的目标有所不同 a卡车轻量化允许有效载荷增加而总重不变 b运动车 重量减少转变成性能
6、 加速度和最高速度 的提高 与轻量化设计相对应的必须处理好的一些关键需要考虑的是 a减重和成本增加之间的最佳结合点 b节能与环保 c乘员的舒适性 d高被动安全标准 eA级表面质量 但仍然有许多技术问题需要解决 a适应高产量生产的复合材料制造工艺 缩短目前合成材料生产制造工艺节拍 b复合材料工艺自动化 特别是增强材料的铺放 对降低制造成本 缩短生产周期及质量控制自动化的工艺是必要的 c适应高产量生产的复合材料 例如快速固化的热固性树脂 d用于快生产节拍的具有高压性能的复合材料 e降低碳纤维价格 f适合新的报废汽车法规的复合材料 工艺 g汽车用复合材料检测方法 h汽车合成材料特殊的设计程序 所有汽
7、车制造厂都已经开发了金属零件的设计程序 但一般不能为复合材料所用 i新的复合材料数字模拟 这些模拟需要在以下三个方面有判定能力 i 典型材料性能的可用性 ii 材料模拟的精确性 和 iii 要求的计算结果 j综合的生产 工艺分析手段的进一步开发 以减少在合成材料零件开发过程中要求的实验检测次数 4 汽车材料发展趋势未来的汽车是属于适应环境保护的绿色汽车 因而在此不可避免的要提到复合材料的环境意识 复合材料能提高材料性能 延长使用期 加强功能性 这些都是对环境有利的特性 但应认真对待并努力克服复合材料的再生问题 使复合材料朝着延长使用期以及可再生环境协调化的方向发展 为保护环境 国际汽车工业对汽
8、车产品轻量化 同时对使用环保材料予以高度重视 汽车废旧材料回收 再生与利用技术已成为一种新兴产业 欧洲各国要求 到2015年汽车废旧材料利用率将达到95 作为汽车轻量化中采用的纤维复合材料也就必须符合节能和环保的要求 那么作为复合材料行业如何应对 5 现存的问题作为汽车行业的材料工程师 面对目前众多的复合材料在材料的如何选用上有一些困惑 不象对传统的聚丙烯 ABS合金 聚酰胺等材料在选用上比较得心应手 总结起来还是由于这些新的复合材料的性能不是很明朗 比如上面提到的三种复合材料 它们可以制作同一种零部件 但各自在材料性能方面的优势 对结构的要求 成本 包括材料 工艺及设备成本 等方面的比较方案有所欠缺 所以在对新材料的选用上信心不足 这也是新材料不能及时得到应用的一方面原因 汽车制造成本和耐用程度与汽车材料密切相关 现代汽车的技术进步 很大程度就是材料技术的进步 因此塑料行业应在材料的机械性能 工艺性 品种和制造成本上进行挖潜和革新 提高材料的技术含量 以适应现代汽车发展要求 ThankYouForYourAttention
