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纖維復合材料——纖維復合材料中的實力擔當
【塑料機械網(wǎng) 塑料時訊】與金屬材料相比，纖維復合材料在汽車整車和零部件上的使用可實現(xiàn)100~350kg減重，纖維復合材料具有整體成型、可設計性強、減震性能良好等優(yōu)點，是汽車輕量化的必由之路。當前，幾乎所有的新能源汽車均成功批量使用纖維復合材料，減重效果明顯，性能提升穩(wěn)定。在汽車領域，實現(xiàn)車輛結(jié)構(gòu)減重是大勢所趨。結(jié)構(gòu)減重不僅有助于大幅降低油耗，還可以提升車輛有效載荷。由此可見，整車輕量化設計對未來城市車輛或電動汽車產(chǎn)業(yè)至關重要。在提高燃料效率和減輕車身重量的需求下，
不少展商在第26屆中國復合材料工業(yè)技術展覽會上展示了車用復合材料的相關應用。如在電池件、板簧、輪轂、保險杠、地板、行李箱等部件上使用纖維復合材料以提高部件強度的同時減輕重量。
一、復合材料整車：強度更高、重量更輕
隨著整車輕量化科技的進步，復合材料將會越來越多的出現(xiàn)在汽車的車身成型技術中。同等質(zhì)量下強度更高、重量更輕的碳纖維復合材料從眼下來看無疑是一個非?？孔V的選擇。
中科院寧波材料技術與工程研究所 ：碳纖維復合材料新能源汽車G10-F
中科院寧波材料技術與工程研究所打造的碳纖維復合材料新能源汽車G10-F是采用CFRP車身和鋁合金底盤制造的新型EV車型。CFRP車身主結(jié)構(gòu)75kg，26個CFRP零部件，整車重量為750kg，比傳統(tǒng)配置車型零部件減少75%，車身減重30%，整車減重20%。CFRP平均單位重量的能量吸收比鋼約高2.5倍，顯著提高了抗沖撞性能。
蔚來 ：碳纖維后地板總成、碳纖維電池殼以及 21英寸碳纖維合金輪轂
蔚來ES6是一款高性能長續(xù)航智能電動SUV汽車，車身采用航空級鋁合金和高性能碳纖維復合材料制造而成。前文介紹的其車身部件，包括碳纖維后地板總成、碳纖維電池殼以及21英寸碳纖維合金輪轂也對整車的輕量化做出巨大貢獻。
蔚來ES6采用碳纖維后地板總成，包括碳纖維座椅板總成、碳纖維橫梁總成和碳纖維地板總成三個分總成，共4個碳纖維復合材料零件。經(jīng)過蔚來測試證明，碳纖維后地板的使用讓車身整體的扭轉(zhuǎn)剛度更高， 被動安全性能提高，整體耐久性也得到很大提升。遵循 “合適的材料用到合適的位置”的設計選擇，碳纖維后地板嵌入到全鋁車身中，比鋁合金減重30%以上，與相同體積的高強度鋼相比，重量僅僅是它的20%。
德國SGL為蔚來ES6配套研發(fā)了碳纖維復合材料電池外殼樣件。電池上下殼體采用了三明治芯材和多層碳纖維無卷曲織物相結(jié)合的方式。模具由SGL旗下的輕量化應用研發(fā)中心研制，碳纖維由SGL位于美國和蘇格蘭的工廠提供，并在德國工廠加工成無卷曲織物，后部件生產(chǎn)和組裝在奧地利工廠完成。
科思創(chuàng)MaezioTM熱塑性復合材料為蔚來ES6配備全新21英寸碳纖維合金輪轂。輪轂采用碳纖維插片，旨在提高整車品質(zhì)，帶來更輕、優(yōu)化的造型設計，改善輪轂的空氣動力學表現(xiàn)。MaezioTM憑借其獨特的單向纖維紋理和表面處理方式的多樣性為創(chuàng)造理想的外觀效果提供了可能性。
二、復合材料部件：汽車輕量化材料的新寵
1.電池部件 ：實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)制造
隨著汽車輕量化進程的發(fā)展，纖維復合材料在汽車應用也越來越多。在汽車各部分的結(jié)構(gòu)件中，使用纖維復合材料為原材料的電池部件比較受歡迎。
北京市碳纖維工程技術研究中心 ：連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料動力電池箱
北京市碳纖維工程技術研究中心推出了一款連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料動力電池箱。該產(chǎn)品采用連續(xù)纖維增強熱塑性有機板材為主體，通過FiberForm一步成型工藝使短切纖維增強塑料包覆有機片材并形成加強筋和裝配結(jié)構(gòu)。與纖維增強PPS注塑產(chǎn)品相比減重達到50%。連續(xù)纖維有機片材能夠提供更高的強度，通過鋪層設計可以實現(xiàn)更高的結(jié)構(gòu)效率。同時，連續(xù)纖維增強復合材料結(jié)構(gòu)具有更好的抗沖擊性。
贏創(chuàng) ：VESTALITE®電動汽車電池箱體
贏創(chuàng)展示了VESTALITE®電動汽車電池箱體。這種多材料體系的電池箱結(jié)構(gòu)設計可以滿足安全性要求，實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)的制造，優(yōu)化電池箱的組裝設計。通過電池系統(tǒng)尺寸和能量的模塊化實現(xiàn)低成本的設計和制造，可實現(xiàn)優(yōu)異的能量密度和結(jié)構(gòu)重量。
山東雙一 ：PCM電池箱蓋
山東雙一的PCM電池箱蓋采用預浸料模壓工藝制造，實現(xiàn)了標準電池箱上蓋的輕量化，產(chǎn)品質(zhì)量≤2.3kg。該產(chǎn)品是為了滿足新能源汽車輕量化的要求，具有結(jié)構(gòu)強度高、重量輕、產(chǎn)品質(zhì)量好等性能特點。產(chǎn)品已經(jīng)在大巴車上應用，市場潛力巨大。
2.板簧 ：舒適性高、減震效果明顯
復合材料板簧比等效鋼制板簧減輕50%。同時還具有疲勞壽命高，舒適性更好，較小等優(yōu)勢。因此也越來越受到新能源汽車生產(chǎn)商的青睞。
北京中材汽車復合材料有限公司 ：玻纖板簧
北京中材汽車復合材料有限公司的玻纖板簧整體工藝路線采用預浸料模壓技術路線，通過結(jié)構(gòu)設計和優(yōu)化保證零件的剛度值要求，接口尺寸、弧高要求、安裝空間要求等；輕量化效果明顯，減重率達到61%~65%。
ACTC公司 ：板簧
ACTC公司的板簧通過多部件一體化設計開發(fā)，有效平衡成本控制和性能提升。耐疲勞，抗腐蝕，比傳統(tǒng)金屬板簧輕50%。設計靈活性高，緊湊型設計可提高75%的車內(nèi)空間。減震效果明顯，可提升車輛駕駛性能。
薩泰克斯 ：復合材料板簧
薩泰克斯展示的復合材料板簧用于純電動輕卡，由于使用了超級耐疲勞織物，相比傳統(tǒng)板簧，具有質(zhì)量輕(減重60%)、安全性高、壽命長(金屬板簧3倍)、舒適性高等優(yōu)點，大幅提升了整車產(chǎn)品競爭力。
擎弓科技 ：全新復合材料板簧
擎弓科技自主知識產(chǎn)權研發(fā)的全新復合材料板簧更輕盈，復合材料比重1.972，可提高燃油效率和續(xù)航里程。以30t的物流車舉例：19kg重的復合材料板簧，可替換原重123kg的鋼板彈簧，單簧減重85%。整車優(yōu)化后減重達到434kg，輕量轉(zhuǎn)化為直接的經(jīng)濟效益為6.84萬/年。
3.復合材料輪轂 ：減輕重量、增加汽車制動
汽車制動是保障人們安全的重要前提，復合材料輪轂不僅具有減輕重量的效果，還能很大程度上增強汽車的制動，除此之外，復合材料輪轂還可以減少燃料消耗，目前在汽車上也具有良好的應用前景。
中化 ：新能源輪轂蓋
中化的新能源輪轂蓋采用碳纖維增強聚烯烴樹脂，具有優(yōu)異的噴涂性能，不需要機械處理即可達0級油漆附著力，沖擊韌性顯著提高，滿足汽車輕量化的需求，降低應用成本，提高生產(chǎn)效率，為汽車復合材量產(chǎn)難題提供了新的解決方案。
贏創(chuàng)和同濟電車隊 ：一體式碳纖維輪轂
贏創(chuàng)和同濟電車隊打造了一款全新賽車，在同濟電車隊首次推出的一體式碳纖維輪轂的輪輻部分，使用ROHACELL·110WF硬質(zhì)結(jié)構(gòu)泡沫。該產(chǎn)品良好的力學性能以及可觀的輕量化表現(xiàn)為輪轂、車輛輪邊的重量減輕做出了貢獻。
4.保險杠 ：重量輕、抗沖擊
保險杠系統(tǒng)是汽車低速碰撞時的主要承載和吸能構(gòu)件，對保護汽車其他零部件和乘員安全起著至關重要的作用。因此，高強度的復合材料保險杠也越來越得到消費者的重視。
東麗 ：RC-F的復合保險杠
東麗展示了面向雷克薩斯RC-F的復合保險杠，這是一種基于AL擠出材料 CFRP粘結(jié)保險杠的概念，該產(chǎn)品使用T700S/#2300快速固化型150℃預浸料，
用鋁BumpRP內(nèi)側(cè)的手工鋪層，固化爐固化粘結(jié)成型。針對沖撞時產(chǎn)生的張力，使用CFRP材料補強。與加厚鋁材補強相比，增加重量控制在20%，適用于要求短時間內(nèi)完成加工成型的汽車部件的快速固化預浸料。
能海模塑 ：高強度汽車黑色保險杠能海模塑替江淮汽車制造了一款高強度汽車黑色保險杠，采用PDCPD工藝，此模具生產(chǎn)的保險杠具有高強度，重量輕，防腐蝕和易噴涂的作用。在設計模具結(jié)構(gòu)上牢固不易產(chǎn)生變形，從而提高模具的使用壽命。
5.地板 ：減輕重量、降低能耗
車身是汽車重要的組成部分，而地板又是車身的主要承力部件，新型碳纖維復合材料地板解決方案在不降低性能的前提下減輕重量，對于降低能耗、增加續(xù)航里程具有重要意義。
重慶長安汽車股份有限公司 ：一體化快速模壓碳纖維
前地板
重慶長安汽車股份有限公司基于國家重點研發(fā)計劃“輕量化純電動轎車集成開發(fā)技術”，打造了一款一體化快速模壓碳纖維前地板，將原有11個鋼制件集成為1個零件，減重率達59.2%，強度更高，成型時間短，尺寸精度高。
該地板通過了C-NCAP碰撞五星要求，獲得3項國家專利，具有較大應用潛力。
6.其他部件
卡淶科技 ：熱塑性剎車踏板
卡淶科技的熱塑性剎車踏板采用PA66基體材料和玻璃纖維增強材料打造，該產(chǎn)品證明了玻璃纖維連續(xù)增強有機板可以用在結(jié)構(gòu)部件和安全部件的可行性。與鋼材相比，重量減輕了52%，目前正在進行驗證并通過了概念測試(彎曲測試3kN)。
華陽新材料研發(fā)有限公司 ：碳纖維行李箱護板
華陽新材料研發(fā)有限公司的碳纖維行李箱護板致力于車型的行李箱護板的輕量化，從結(jié)構(gòu)剛度、碰撞性能和工藝成型出發(fā)，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。國內(nèi)首次設計出同時滿足HP-RTM和WCM兩種工藝要求的行李箱護板成型模具，成功制備出碳纖維增強復合材料行李箱護板，滿足技術要求的同時，同比減重53%。
北京中材汽車復合材料有限公司 ：大馬力發(fā)動機油底殼
北京中材汽車復合材料有限公司的大馬力發(fā)動機油底殼采用PA 玻璃纖維注塑，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化，可降低部件重量，降低產(chǎn)品噪音，提高產(chǎn)品性能，形狀設計自由度，增強產(chǎn)品競爭力。目前這款油底殼已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。
隨著環(huán)保意識的增強，各國紛紛推行降低汽車油耗的政策，并將突破口放在了汽車輕量化方面。纖維復合材料是目前汽車輕量化解決方案中前沿且具有潛力的材料。尤其是近兩年，新能源汽車的快速發(fā)展給纖維復合材料的發(fā)展提供了巨大機遇。未來，纖維復合材料將繼續(xù)為汽車輕量化創(chuàng)造出更大的價值。
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