一、 前言

      樹脂基復合材料也稱為纖維增強塑料（FRP），它是以合成樹脂（熱固性樹脂和熱塑性樹脂）為基體，以纖維（玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等）為增強材料，經成型工藝復合而成的復合材料，按基體性質可分為熱固性復合材料和熱塑性復合材料兩大類。與鋼鐵、鋁合金等傳統(tǒng)材料相比，樹脂基復合材料具有獨特的優(yōu)點，在汽車工業(yè)中得到廣泛應用，并作為重要的輕量化材料，越來越多地取代了傳統(tǒng)的金屬材料。實踐證明，在汽車上大量使用樹脂基復合材料，可以顯著減輕汽車自身質量、降低油耗、提高汽車安全舒適性、減少環(huán)境污染和降低汽車的制造與使用成本。

      二、 樹脂基復合材料的主要性能

      2.1 質量輕、比強度高

      樹脂基復合材料的相對密度較小，一般介于1.5-2.0g/cm之間，只有普通碳鋼的1/4~1/5，但比強度大，承載能力高。

      2.2  材料性能具有可設計性

      樹脂基復合材料的物理性能、化學性能、力學性能都可以通過合理選擇原材料的種類、配比、加工方法、纖維含量和鋪層方式進行設計，由于樹脂基體材料種類很多，故其選材設計的自由度很大。

       2.3  優(yōu)良的耐腐蝕性

       樹脂具有良好的耐腐蝕性能，有針對性地選擇樹脂來生產復合材料，可使樹脂基復合材料具有不同的耐腐蝕性能，為汽車應用提供了更廣闊的領域。

      2.4  減振性能好

      由于樹脂基復合材料振動衰減系數大，受沖擊時能夠吸收大量的沖擊能，當汽車發(fā)生碰撞時，可避免或減少對人體的傷害，這對行車安全十分有利。

      2.5  成型工藝簡單

      樹脂基復合材料可用模具一次成型制造各種構件，從而減少了零部件的數量及接頭等緊固件，節(jié)省原材料和工時，有效降低了生產成本。在中等批量生產的車型中，用樹脂基復合材料取代鋁材可降低成本40%左右。

      此外，樹脂基復合材料對缺口、應力集中敏感性小，而且纖維和基體界面能夠阻止和改變裂紋擴展方向，因此具有較高的疲勞極限。

      三、樹脂基復合材料的主要成型工藝

      3.1  片狀塑料（SMC）模壓工藝

      SMC是用不飽和聚醋樹脂、增稠劑、引發(fā)劑、交聯劑、低收縮添加劑、填料、內脫模劑和著色劑等混合成樹脂糊，浸漬短切纖維粗紗或玻璃纖維氈，并在兩面用聚乙烯或聚丙一烯薄膜包覆起來形成的片狀模壓料，是目前國際上應用最廣泛的成型材料之一。將SMC片材按制品尺寸、形狀、厚度等要求裁剪下料，然后將多層片材疊合后放人金屬模具中加熱、加壓成型制品的工藝方法稱為SMC模壓法。其特點是成型效率高、制品表面光潔、尺寸穩(wěn)定性好，適于大批量生產。
      3.2    樹脂傳遞模塑成型工藝（RTM）
      的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模的模腔內，用壓力將樹、脂膠液注人模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化、脫模成型制品。其主要特點是成型壓力低；閉模操作，不污染環(huán)境；制品兩面光潔；能成型復雜形狀的大型制品；研發(fā)時間短，適于產品更新。與SMC工藝相比，初始投資少，更適于中等批量部件的生產。
      3.3   增強反應注射模塑工藝（BRIM ）
      RRIM是利用高壓沖擊來混合兩種單體物料及短纖維增強材料，并將其注射到模腔內，經快速固化反應形成制品的一種成型方法。如果不用增強材料，則稱為反應注射模塑（RIM）。采用連續(xù)纖維增強時，稱為結構反應注射模塑（SRIM）。RRIM工藝的特點是制品表面質量好、成型周期短、生產成本低，可以生產大尺寸部件。
      3.4  玻璃纖維氈增強熱塑性片材（GMT）工藝
      GMT是中長纖維增強的熱塑性片材，它是將連續(xù)玻璃纖維針刺氈或連續(xù)原絲氈與熔融聚丙、烯或PET復合成片材，再將這種片材裁切成預定形狀，經加熱沖壓成最終制品。由于它采用連續(xù)玻纖，因此機械強度較高。
       四、樹脂基復合材料在汽車上的應用
      4.1  玻璃纖維增強塑料（GFRP）在汽車上的應用
      GFRP在我國俗稱“玻璃鋼”，是目前汽車上應用最多的樹脂基復合材料。它主要用于發(fā)動機、發(fā)動機周邊部件及車身，常用的有聚苯乙烯玻璃鋼、尼龍66玻璃鋼、聚醋樹脂玻璃鋼等。
      玻璃鋼大量用于發(fā)動機及其周邊部件始于20世紀90年代。1990年，美國通用汽車公司首先用其代替金屬制造轎車發(fā)動機氣門罩、殼，隨后進氣歧管、油底殼、空濾器殼、齒輪室蓋、導風罩、進氣管護板、風扇導風圈、加熱、器蓋板、水箱部件、發(fā)動機隔音板等零件都有不同程度的應用。其中最引人注目的是GFRP在進氣歧管上的應用，用GFRP制造的進氣歧管不僅內腔質量上乘，而且對汽車達到歐Ⅱ標準發(fā)揮了重要作用，目前這種進氣歧管已得到廣泛應用。
      另外，傳統(tǒng)的車身材料采用高強度薄鋼板，現在為了減輕汽車自重，采用玻璃鋼代替鋼材已成為車身結構發(fā)展的必然趨勢。玻璃鋼可用于車身結構件（如骨架、梁、柱等）、覆蓋件（如格柵、前翼子板、發(fā)動機罩、頂蓋、車門、行李箱蓋、后側板等）以及保險杠、油箱等，也可用于整個車身殼體，如美國的雪佛蘭子彈頭、東風客車公司生產的DHZ6122HR高速客車等都是采用全玻璃鋼車身。
       在歐洲、美國及日本等汽車制造業(yè)發(fā)達的國家，已普遍采用玻璃鋼材料．制造汽車零部件。其應用范圍包括內裝飾件（儀表板、車門內板、座椅、發(fā)動機罩等）；外裝飾件（保險杠、擋泥板、導流罩等）；功能與結構件（天然氣氣瓶、油箱、風扇葉片、油氣踏板等）。與國外相比，我國生產的汽車用玻璃鋼部件較少，產品主要包括保險杠、車頂蓋、阻流板、太陽罩、電瓶托架等，大部分是用手糊法或RTM生產，勞動生產率低，產品檔次有待提高。近年來，隨著引進車型相關部件的國產化以及國產車型的改進和更新，越來越多的車型開始采用玻璃鋼部件，如北京吉普切諾基后舉升門總成就是采用玻璃鋼/SMC成型。隨著原材料的發(fā)展與工藝上的改進，在汽車中大量應用玻璃鋼／復合材料將是今后我國汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
       4.2  碳纖維增強塑料（CFRP）在汽車上的應用
       CFRP是汽車輕量化最理想的材料。用CFRP取代鋼材制造車身和底盤構件，可減輕質量68%，油耗下降40％。CFRP在汽車上應用比較成功的一個實例是美國摩里遜公司生產的CFRP汽車傳動軸，該傳動軸應用于通用汽車公司載重汽車上。采用CFRP后，可以使原來通過中間軸承連接的兩根金屬傳動軸用一根CFRP傳動軸取代。與鋼材相比，不僅可減輕60%質量，而且具有很好的耐疲勞性和耐久性。美國福特公司進行了大量的CFRP應用試驗，所有研究結果均表明CFRP具有作為汽車材料的優(yōu)良特性。例如，用CFRP制造的板簧零件強度高、模量大、熱膨脹系數小，減磨性好，質量只有14kg,比現有材質減輕76%。但由于成本太高，CFRP零件尚未實現批量生產。專家推測，只有當碳纖維降到6.611美元/kg時，才有可能在汽車工業(yè)中推廣應用碳纖維復合材料。一旦解決了成本問題，將有大量的CFRP用于汽車工業(yè)中，應用部件將包括發(fā)動機系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪，傳動系統(tǒng)中的傳動軸、離合器片、加速裝置及其罩等；底盤系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等，車體上的車頂內外襯、地板、側門等。
      4.3  芳綸纖維增強復合材料在汽車上的應用
      芳綸纖維增強復合材料由于比強度、比模量．較高，被廣泛用于航空航天、艦船領域，在汽車制造業(yè)也有廣闊的應用前景，但因為價格太高，目前在汽車上應用很少。芳綸纖維主要用于汽車上、的輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等。芳綸纖維作為高性能防護材料還可用作汽車防彈裝甲，例如汽車門及汽車外殼的防彈內襯。
      五、樹脂基復合材料應用發(fā)展趨勢
      由于熱塑性復合材料在韌性、耐腐蝕性、耐磨性及耐溫性方面比熱固性復合材料有明顯的優(yōu)勢，在工藝上具有良好的二次或多次成型和易于回收的特性，所以近年來汽車用熱塑性復合材料的增長速度高于熱固性復合材料。以美國為例，1994~1998年間，熱固性樹脂基復合材料年平均增長速度為5.48%，而熱塑性樹脂基復合材料則為23.15%。據資料介紹，國外玻璃纖維增強塑料中有1/3為增強熱塑料，按樹脂用量的多少排序，占首位的是尼龍（尼龍6和尼龍66）、熱塑性聚醋PBT和PET以及聚丙烯。玻璃纖維增強熱塑性塑料(FRTP)是最重要的一種汽車用纖維復合材料，它性能優(yōu)異，可采用注射、擠出、壓制、層壓等多種成型方法加工，成型周期短、生產效率高，其應用領域正在不斷擴大。目前，用熱塑性樹脂基復合材料制造的汽車零部件產品主要有擋泥板、風扇罩、儀表板、托架、車門及尾燈、罩、座椅、保險杠、發(fā)動機零部件等。今后，隨著材料和工藝水平的發(fā)展，熱塑性復合材料在汽車領域中的應用將會進一步擴大。
      由于世界各國環(huán)保法規(guī)要求越來越嚴格，客觀上也促使汽車越來越多地采用可回收利用的先進樹脂基復合材料。20世紀90年代出現的GMT(玻璃氈增強的熱塑性復合材料）由于廢料可回收重復利用和不污染環(huán)境，成為樹脂基復合材料的重要發(fā)展方向。