復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用演示文稿

復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用演示文稿當(dāng)前第1頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用當(dāng)前第2頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)報(bào)告內(nèi)容3當(dāng)前第3頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)一、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀4當(dāng)前第4頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)一、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀5復(fù)合材料(Compositematerials)，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。由于復(fù)合材料的范圍較廣，分類較多，本報(bào)告中涉及的復(fù)合材料均為高分子復(fù)合材料，其基體材料為熱固性樹脂和熱塑性樹脂。由于復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度和比模度、抗疲勞性能好、良好的破裂安全性能、優(yōu)良的高溫性能、減震性能好、成型工藝簡便靈活及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，復(fù)合材料越來越多的應(yīng)用于汽車行業(yè)；而且復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、開放周期短以及減輕整車重量的優(yōu)勢，國內(nèi)外都在大力研發(fā)汽車用復(fù)合材料和復(fù)合材料汽車。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，節(jié)能、安全、輕量化將成為未來汽車的主要發(fā)展方向，而具有剛性大、強(qiáng)度高、重量輕等特點(diǎn)的復(fù)合材料正好順應(yīng)了汽車的發(fā)展趨勢。因此，復(fù)合材料在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用就變得尤為重要，其在汽車上的廣泛應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢，必將導(dǎo)致未來汽車材料的巨大革新。有人稱，2013年是復(fù)合材料汽車元年當(dāng)前第5頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)一、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀6

統(tǒng)計(jì)顯示，全世界平均每輛汽車的塑料用量在2000年就已達(dá)105千克，約占汽車總重量的8%~12%。而發(fā)達(dá)國家汽車的單車塑料平均使用量為120千克，占汽車總重量的12%~20%。近兩年，車用塑料的最大品種――聚丙烯，每年以2.2%~2.8%的速度加快增長，預(yù)計(jì)到2020年，發(fā)達(dá)國家汽車平均用塑料量將達(dá)到500千克/輛以上。目前，德國奔馳高級轎車塑料及復(fù)合材料用量已經(jīng)達(dá)到150千克/輛，而奧迪車就更多了，如奧迪A2型轎車，塑料及復(fù)合材料件總重量已達(dá)220千克，占總用材的24.6%。1.1汽車工業(yè)成為復(fù)合材料的最大用戶當(dāng)前第6頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)一、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀7在塑料及其復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用歷程上，中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司李宏遠(yuǎn)副總經(jīng)理的“復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用”報(bào)告認(rèn)為：（1）成熟的第一步：通用改性塑料，比如PP、PVC、ABS及PA等耐熱熱增強(qiáng)改性，主要應(yīng)用在汽車內(nèi)外裝飾件上。（2）進(jìn)行的第二步：長/短玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要應(yīng)用于汽車部分結(jié)構(gòu)件和功能件上，是目前廣泛應(yīng)用于汽車上的重要復(fù)合材料。纖維熱塑性塑料：SMC/BMC;纖維熱塑性塑料：GMT、LFT。（3）關(guān)鍵的第三步：汽車用復(fù)合材料關(guān)鍵性的第三步，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP），主要應(yīng)用于車身承載結(jié)構(gòu)件。（4）追求的第四步：追求綠色的第四步，天然植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，主要應(yīng)用于汽車內(nèi)外裝飾件，有機(jī)回收，環(huán)保。1.2復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用歷程當(dāng)前第7頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)一、復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀81.3汽車用復(fù)合材料成型工藝HLUSMCRTMLFTBMCGMTR/S-RIMFW當(dāng)前第8頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)9二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用白車車身材料2008年450Kg2012年400Kg2016年350Kg2020年290Kg1.4復(fù)合材料在車上應(yīng)用趨勢當(dāng)前第9頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用10當(dāng)前第10頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用11——復(fù)合材料在上汽乘用車上的應(yīng)用，胡仁其高級經(jīng)理，上汽乘用車中心實(shí)驗(yàn)室2.1整車輕量化的意義燃油車輛車身質(zhì)量10%100Kg燃油效率6%~8%油耗0.3L~0.6L/百公里電動車輛車身質(zhì)量10%100Kg行程8%當(dāng)前第11頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用122.2整車輕量化的途徑汽車輕量化輕質(zhì)材料高強(qiáng)鋼輕合金復(fù)合材料…結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等強(qiáng)度設(shè)計(jì)形狀拓?fù)鋬?yōu)化集成化設(shè)計(jì)…先進(jìn)制造工藝激光拼焊板連續(xù)變截面板空心連續(xù)變截鋼管自沖鉚接…復(fù)合材料的使用時(shí)整車輕量化的主要途徑之一。當(dāng)前第12頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用132.3典型乘用車所用材料高分子復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量大,耐疲勞性能好,阻尼減震性好，破損安全性高和耐腐蝕性能優(yōu)越等特點(diǎn)，因此高分子復(fù)合材料的使用能夠在使得汽車在節(jié)能減重的同時(shí)更具安全和舒適性。當(dāng)前第13頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用142.3典型乘用車所用材料基體材料環(huán)氧樹脂聚氨酯聚丙烯尼龍……纖維碳纖維玻璃纖維天然纖維……高分子復(fù)合材料當(dāng)前第14頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用152.3典型乘用車所用材料材料體系拉伸強(qiáng)度（MPa）拉伸模量（GPa）密度（g/cm3）比強(qiáng)度MPa/（g/cm3）比剛度GPa/（g/cm3）鋁合金420722.815126鋼（結(jié)構(gòu)用）12002067.815326SMC80-25010-161.7-1.9535.3BMC30-6010-121.8-2.1--LFT96-3409-201.414610玻璃纖維/聚酯單向1245482.062324織物5502227511S-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂單向1795562.089828織物8202641013T300碳纖維/環(huán)氧樹脂單向17601301.6110081結(jié)構(gòu)鋪層8106050638T700碳纖維/環(huán)氧樹脂單向21001301.6131081結(jié)構(gòu)鋪層10106063138當(dāng)前第15頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)16二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.4復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用當(dāng)前第16頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)17二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.4復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用當(dāng)前第17頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)18二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.5熱塑性復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用目前，汽車上使用的玻纖增強(qiáng)塑料主要有玻纖增強(qiáng)PP、玻纖增強(qiáng)PA66或PA6以及少量PBT、PPO材料。長線粒料（LFT）在乘用車上的應(yīng)用當(dāng)前第18頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)19二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.5熱塑性復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(GMT)，是目前國際上極為活躍的復(fù)合材料開發(fā)品種，主要用于生產(chǎn)多功能支架、儀表板托架、座椅骨架，發(fā)動機(jī)護(hù)板、蓄電池托架等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車行業(yè)的LFT消耗量約占世界LFT行業(yè)總消耗量的80%。而在汽車行業(yè)中，歐美LFT消耗量大約占95%，其中歐洲占80%，美國占15%。業(yè)內(nèi)類似的研究使得長纖維增強(qiáng)熱塑性材料（LFRT）在重型卡車和大規(guī)模公共交通運(yùn)輸領(lǐng)域被廣泛關(guān)注，休閑車（RV）OEM制造商更是表示，探索熱塑性復(fù)合材料能夠幫助他們“車輛上的房子”性能更為優(yōu)越。發(fā)動機(jī)護(hù)板蓄電池托架玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(GMT)在乘用車上的應(yīng)用當(dāng)前第19頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)20二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.5熱塑性復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用連續(xù)玻璃纖維和玻璃纖維通過合理的設(shè)計(jì)制造座椅骨架德國化工巨頭巴斯夫公司和法國汽車配件集團(tuán)佛吉亞公司聯(lián)手設(shè)計(jì)了一種復(fù)合材料汽車座椅骨架。這種骨架用連續(xù)玻璃纖維和尼龍注塑成型，比傳統(tǒng)的汽車座椅減少了泡沫塑料和金屬用量，比傳統(tǒng)金屬骨架輕20%、薄30%。最重要的是，它減少了座椅中75%的泡沫用量。佛吉亞公司預(yù)計(jì)這種座椅在2014年就能進(jìn)入主流汽車市場。目前這種座椅有兩種設(shè)計(jì)形式，都采用暴露的骨架來減少材料用量。上汽乘用車中心實(shí)驗(yàn)室胡仁其高級經(jīng)理在報(bào)告中單獨(dú)提出來了這個應(yīng)用當(dāng)前第20頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)21二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用2.5熱塑性復(fù)合材料在乘用車上的應(yīng)用天然纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料在汽車內(nèi)裝飾件上的應(yīng)用汽車零部件纖維種類聚合物纖維含量車門板/襯墊洋麻/大麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50雜物箱/后擱物架洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50座位靠板/貨車車廂地板木纖維酚醛樹脂85亞麻聚丙烯50備胎蓋/車身后壁板亞麻聚丙烯50木纖維聚丙烯50其他內(nèi)裝飾件洋麻聚丙烯50亞麻聚丙烯50當(dāng)前第21頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)該解決方案是為提高結(jié)構(gòu)和降噪性能而開發(fā)的采用單一的復(fù)合材料（可以回收利用）減輕重量，降低成本工藝：LFT粒子注射成型

D-LFT模壓成型

OEM’s:

MercedesE-class 注射成型BMW 7-series 注射成型VW Polo 模壓VW Golf 模壓應(yīng)用舉例—引擎降噪板/底部護(hù)板二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用22當(dāng)前第22頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)OEM BMW車型 7series產(chǎn)量 55.000cars重量(6parts) 6,7kg供應(yīng)商 Faist部件加工商 Polynorm工藝路線 擠出模壓成型使用材料 StaMaxP30YK430優(yōu)勢 綜合成本比GMT更低，對汽車底部的保護(hù)較好

應(yīng)用舉例—引擎降噪板/底部護(hù)板23二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用當(dāng)前第23頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)OEM DCXVehicle E-class產(chǎn)量 250.000cars部件重量 5kg供應(yīng)商 Polynorm加工商 Polynorm工藝路線 LFTP擠出模壓使用材料 StaMaxP20YK430MB24二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用應(yīng)用舉例—引擎降噪板/底部護(hù)板當(dāng)前第24頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)給客戶帶來的好處：和鋼材相比，降低了重量，節(jié)省了成本便于組裝功能綜合性提高干濕分離聲阻尼效果改善產(chǎn)量: 500.000cars/a

部件重量: 1kg

改造方:Faurecia

工藝路線: 注射成型使用材料: StamaxP30YM24025二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用應(yīng)用舉例—Ford-Fiesta門板模塊當(dāng)前第25頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)尺寸(L/W/H/WB)mm-3626/1688/1396/2467 整車質(zhì)量-1125kg 產(chǎn)量-120,000cars 材料-StaMaxP30YM240前端框架重量-3kg 制造商-Faurecia 工藝-1500T注射成型 優(yōu)勢：和鋼材相比節(jié)省了成本，減輕了重量部件26二、熱塑性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用應(yīng)用舉例—BMWMiniCooper前端框架當(dāng)前第26頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用27當(dāng)前第27頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)28三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.1熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用從目前熱塑性復(fù)合材料和熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用來看，熱塑性復(fù)合材料主要是應(yīng)用于非承受力或次承受力的結(jié)構(gòu)件，而熱固性復(fù)合材料主要應(yīng)用于主承受力結(jié)構(gòu)上，比如層合板、加筋板和夾層結(jié)構(gòu)等。重型卡車中型卡車輕型卡車客車SUV其他熱固性復(fù)合材料在車輛領(lǐng)域中的使用比例當(dāng)前第28頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)29三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.2汽車用熱固性復(fù)合材料的種類美國早于上世紀(jì)50年代中期開始了這一進(jìn)程，如1953年美國的通用汽車公司研制了一個全玻璃鋼復(fù)合材料的跑車Corvette，此后玻璃鋼被廣泛應(yīng)用在汽車的頂蓋、前端框架、后舉門、前后保險(xiǎn)杠、前后翼子板、擋泥板、座椅骨架、底部護(hù)板、車門、進(jìn)氣岐管、散熱器罩等結(jié)構(gòu)和功能部件上。（1）玻璃鋼（2）碳纖維復(fù)合材料玻璃鋼的模量低，剛度不足，不能用于主承力結(jié)構(gòu)，故在定義上不屬于先進(jìn)復(fù)合材料，目前能用于主承力結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料就是碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料由于其自身獨(dú)具的強(qiáng)度，剛度特性可以挑戰(zhàn)鋼用于汽車的主承力結(jié)構(gòu)，如受力骨架，車頂、底盤、側(cè)板、車門、帽罩、保險(xiǎn)杠、翼子板、輪轂、傳動軸以至板簧等部位，車種則包括賽車、高檔跑車、轎車、客車、貨車及各種特種車上。重點(diǎn)介紹碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用當(dāng)前第29頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)30三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用CFRP可應(yīng)用于汽車的六大主要系統(tǒng)：發(fā)動機(jī)系統(tǒng)：挺桿、連桿、搖臂、油箱底殼、水泵葉輪和罩等；傳動系統(tǒng)：傳動軸、萬向節(jié)、減速器、殼罩等；制動系統(tǒng)：剎車片；底盤系統(tǒng)：縱梁、橫梁、支架、車輪、板簧等；車體系統(tǒng)：引擎蓋、翼子板、散熱器罩、保險(xiǎn)杠、車燈架、車廂、行李架、地板、門窗框架、尾翼、擾流板等；附件：排氣筒、儀表板總成、方向盤、內(nèi)飾等。當(dāng)前第30頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)31三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用BMWi系CFRP駕駛艙在電動車量產(chǎn)車型上的首個突破（2011法蘭克福車展首次發(fā)布）突破性構(gòu)造理念：LifeDrive框架BMWi3(MCV)BMWi8當(dāng)前第31頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)32三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用BMWMCV的CFRP引擎罩CFRP夾層結(jié)構(gòu)當(dāng)前第32頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)33三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用豪華跑車底盤MoslerMT900車身與底盤CFRP底盤模壓+熱壓罐成型的AFRP車體當(dāng)前第33頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)34三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用高端跑車底盤AudiR8GT:從全金屬車身到混合結(jié)構(gòu)車身：CFRP底盤+鋁副車架(2014)，減重目標(biāo)：100kgLamborghiniAventadorLP700-4當(dāng)前第34頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)35三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用高端跑車底盤Toyota:LexusLFA:底盤結(jié)構(gòu)的65%為CFRP綜合多種復(fù)合材料制造工藝手工鋪放預(yù)浸料：主框架RTM:氣道、地板、頂蓋和引擎罩SMC:CFRP擾流板、內(nèi)飾膠接技術(shù)當(dāng)前第35頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)36三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用3.3碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用車型品牌產(chǎn)量/年復(fù)材部件及使用工藝LamborghiniMurcielago550車身/底盤/內(nèi)飾(autoclave)FerrariEnzo150車身/底盤/內(nèi)飾(autoclave)PorscheCarreraGT180車身/底盤/內(nèi)飾(autoclave)MercedesMclarenSLR500車身/底盤(autoclave)車門(Infusion)AstonMartinVaniquish400引擎罩/翼子板/前后杠(Infusion/RTM)BMWM3CSL1000引擎罩/翼子板/車頂(Infusion/RTM)MGX-PowerSV250車身板/尾翼(Infusion/RTM)MorganAero8300車身板/尾翼(Infusion/RTM)KoenigseggCC50車身/底盤/座艙(autoclave/RTM)TVRTuscanR50車身/底盤/座艙(autoclave/RTM)當(dāng)前第36頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)三、熱固性復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用373.4熱固性復(fù)合材料在貨車上的應(yīng)用當(dāng)前第37頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用38當(dāng)前第38頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用目前，發(fā)達(dá)國家車用塑料已占塑料總消耗量的7%~8%，預(yù)計(jì)不久將達(dá)到10%~11%。對于中國來說，塑料在汽車行業(yè)的應(yīng)用尚處于初級階段。塑料等非金屬材料在國產(chǎn)車上的應(yīng)用狀況還比不上進(jìn)口車。在歐洲，車用塑料的重量占汽車自重的20%，平均每輛德國車使用塑料近300千克，占汽車總重量的22%。與國外相比，國產(chǎn)車的非金屬材料用量仍然偏少，國產(chǎn)車的單車塑料平均使用量為78千克，塑料用量僅占汽車自重的5%~10%。在過去的幾年中，亞太地區(qū)的復(fù)合材料市場取得了長足的發(fā)展，亞洲目前的復(fù)合材料市場的規(guī)模已經(jīng)超過180億歐元。亞洲市場的復(fù)合材料產(chǎn)量將翻番，預(yù)計(jì)到2015年可達(dá)到1000萬噸。強(qiáng)勁的經(jīng)濟(jì)增長將繼續(xù)推動亞洲復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展——中國、印度等主要市場將呈現(xiàn)快速增長的勢頭。39當(dāng)前第39頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用（一）復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢404.1選材從GFRP到CFRP

減重效果：GFRP:25-35wt%；CFRP:50~70wt%從短切纖維到連續(xù)纖維環(huán)境友好——綠色復(fù)合材料新型碳纖維的研發(fā)：OakRadge:木質(zhì)素基碳纖維植物纖維：內(nèi)飾熱塑性基體：PP\PA\PET當(dāng)前第40頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用4142設(shè)計(jì)4.2.1采用新的結(jié)構(gòu)形式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)：

BMWi3引擎罩（一）復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢當(dāng)前第41頁\共有47頁\編于星期日\21點(diǎn)四、我們復(fù)材如何在汽車上應(yīng)用（一）復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢42設(shè)計(jì)4.2.1采用新的結(jié)構(gòu)形式SM