玻璃钢/复合材料在汽车工业中的应用现状及发展方向

作为构成汽车以塑代钢的重要轻量化材料——玻璃钢/复合材料，与汽车节能、环保、安全有着密不可分的关系。采用玻璃钢/复合材料制造汽车车身壳体及其他相关部件，是使汽车轻量化最有效的途径之一。

玻璃钢/复合材料在汽车领域的应用，始于20世纪50年代的美国和欧洲、日本等发达国家；现已广泛应用复合材料制造轿车、客车、载货车、拖拉机、摩托车以及赛车、冷藏车、工程车等车身及相关部件。

自从1953年世界上第一部FRP汽车——GM Corvette制造成功以后，玻璃钢/复合材料即成为汽车工业的一支生力军。传统的手糊成型工艺只适于小排量生产，无法满足汽车工业不断发展的需要。

在20世纪70年代开始，由于SMC材料的成功开发和机械化模压技术以及模内涂层技术的应用，促使玻璃钢/复合材料在汽车应用的年增长速度达到25％，形成汽车玻璃钢制品发展的第一个快速发展时期；

到20年代90年代初，随着环保和轻量化、节能等呼声越来越高，以GMT（玻璃纤维毡增强热塑性复合材料）、LFT（长纤维增强热塑性复合材料）为代表的热塑性复合材料得到了迅猛发展，主要用于汽车结构部件的制造，年增长速度达到10～15％，掀起第二个快速发展时期。作为新材料前沿的复合材料逐步替代汽车零部件中的金属产品和其它传统材料，并取得更加经济和安全的效果。

玻璃钢/复合材料汽车零部件主要分为三类：车身部件、结构件及功能件。

1．车身部件，包括车身壳体、车蓬硬顶、天窗、车门、散热器护栅板、大灯反光板、前后保险杠等以及车内饰件。这是玻璃钢/复合材料在汽车中应用的主要方向，主要适应车身流线型设计和外观高品质要求的需要，目前开发应用潜力依然巨大。主要以玻璃纤维增强热固性塑料为主，典型成型工艺有：SMC/BMC、RTM和手糊/喷射等。

2．结构件：包括前端支架、保险杠骨架、座椅骨架、地板等，其目的在于提高制件的设计自由度、多功能性和完整性。主要使用高强SMC、GMT、LFT等材料。

3．功能件：其主要特点是要求耐高温、耐油腐蚀，以发动机及发动机周边部件为主。如：发动机气门罩盖、进气歧管、油底壳、空滤器盖、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇叶片、风扇导风圈、加热器盖板、水箱部件、出水口外壳、水泵涡轮、发动机隔音板等。主要工艺材料为：SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纤维增强尼龙等。

4．其他相关部件：如CNG气瓶、客车与房车卫生设施部件、摩托车部件、高速公路防眩板和防撞立柱、公路隔离墩、商品检测车顶柜等。

美国是世界上第一大玻璃钢/复合材料生产与消耗国，美国在汽车上大量采用玻璃钢/复合材料，使汽车轻量化取得了显著效果。据美国复合材料制造商协会统计，2005年美国玻璃钢/复合材料总产量为326万吨，其中热固性复合材料186万吨，热塑性复合材料140万吨。据估算，目前美国汽车用复合材料年消耗量超过70万吨；其中32％的热固性复合材料用于汽车及其相关领域，相当一部分部件采用了SMC模压工艺。在美国，有65%的美国轿车采用SMC作前脸和散热器护栅板；95％以上汽车前灯反射镜已采用BMC作为主要材料。复合材料在汽车上的应用几乎涵盖了美国本土的所有汽车制造厂家，如通用汽车、福特汽车、戴姆勒·克莱斯勒（DC）三大汽车公司以及Mack、Aero-star等重型车厂。

应用实例：

1）GM EV1全FRP车身电动汽车，包括SMC车顶、SMC发动机盖、SMC后背厢盖、SMC车门、RRIM前翼子板、RRIM前后面板、RRIM后角板和后轮衬板、SRIM全空气动力学前面板、玻纤增强PUR仪表板、RTM底盘。

2）FordCalaxy前端支架（GMT）、Focus/C-MAX前窗下饰板（SMC）、Thunderbird前端板、发动机盖板、前翼子板、后背厢盖、后座盖板（SMC）、Cadillac XLR门板、后背厢盖、翼子板、前端板（SMC）、Lincoln Continental发动机盖、翼子板、后背厢盖（SMC）等。

3）ChryslerCrossfire后导流板、挡风玻璃盖板/a-立柱（SMC）；Maybach 后背厢盖（SMC）；Alfa Romeo Spider和SmartRoadster等的发动机盖板、后背厢盖（SMC）等。

在欧洲，英、德、法、意、瑞典等国家较早采用了玻璃钢/复合材料汽车部件。目前玻璃钢/复合材料已在梅德赛斯－奔驰、BMW、大众、标致－雪铁龙、沃尔沃、菲亚特、莲花、曼恩等欧洲汽车厂的轿车、客车和载货车等各种车型中大量应用。汽车复合材料年消耗量约占其复合材料年产量的25％左右；其中35％左右的SMC、80％以上的GMT与LFT均用于汽车部件制造。

应用实例：

1）梅德赛斯－奔驰轿车：CL coupe 后背厢盖（SMC），运动型 Coupe 后尾门（SMC，如图1）；SLR天窗、隔音罩、通风侧板、后扰流板（SMC）；S系列后保险杠支架（GMT/LFT）；E系列车灯反射罩（BMC）等。

2）BMW 3系列Touring和X5的后扰流板（SMC）、BMW Z4硬顶（SMC）、BMW系列后保险杠支架（GMT/LFT）、BMW5系列车灯反射罩（BMC）等。

3）VWTouareq/Polo GT1/Lupo GT1/FS1后扰流板（SMC）、VWGolf R32 发动机盖（SMC）、AudiA2分割式储物箱（SMC）、AudiA4可折叠型后背箱盖（SMC）、VWGolf A4车灯反射罩（BMC），以及Golf全复合材料车身电动车（如图2所示）。
4）标致607备胎箱（LFT），标致405保险杠支架（LFT），标致807后尾门、翼子板（SMC）；以及雪铁龙系列Berlngo车顶模板（SMC），Xantian前端支架（LFT），AX尾部底板总成（GMT），C80后尾门（SMC）等。

5）Volvo XC70、XC90、V70后尾门（SMC/BMC）以及RenaultEspace后举升门、侧门、侧护板及车顶（SMC）和Mosaic前端结构骨架总成（LFT）、车灯反射罩（BMC）。

6）在梅德赛斯－奔驰Actros/Actros Megaspace、MAN TG-A和F2000、Volvo FH/FM系列、RenaultMagnum/Premium/Midlum、Premium H130以及Scania以及Iveco Stralis等新型重型载货车车型上，均大量使用以SMC为主导的复合材料。图3为MAN TG-A的复合材料应用情况；图4为VolvoD12发动机SMC油底壳。

我国到20世纪80年代中后期，随着国家汽车发展政策的重大转型以及国外先进汽车技术和资本的引入，汽车复合材料的应用随着我国汽车工业的蓬勃发展取得突破，逐步改变了原有传统手糊工艺单一作业模式，通过技术引进与消化吸收融入了SMC、RTM、喷射等工艺技术，形成了一定的规模化生产技术与能力，零部件质量大幅提高，汽车主机厂对汽车复合材料认同度大大增强。我国汽车复合材料的大规模应用始于引进车型上，也在自主开发的一些车型上得到应用，尤其在近几年来取得了长足发展，但总体来说与发达国家尚有距离。据估算，目前我国玻璃钢/复合材料年产量已超100万吨，但汽车复合材料的年用量不到10万吨，所占比例较小，而且由于汽车复合材料厂家普遍规模较小，创新发展能力不足。

我国近年最新应用实例（部分实例）：

1）北京奔驰300C油箱副隔热板（乙烯基酯SMC）；

2）北汽二代军车――勇士系列（图5）的硬顶、发动机盖、翼子板（手糊FRP）、前后保险杠、蓄电池托架（SMC）等；

3）郑州日产锐骐（SUV）顶饰件总成、中隔窗（SMC）；

4）东风雪铁龙标致307前端支架（LFT）；

5）上汽荣威的底部导流板（SMC）；

6）上海通用别克凯悦、君悦的天窗板（SMC）、后靠背骨架总成（GMT）；

7）上海大众帕萨特B5底部防护板（GMT）；南汽名爵（MG）车顶（SMC）；

8）奇瑞在新车型开发中设计使用SMC制造车门。