盤點連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料在汽車上的應用
隨著節(jié)能減排要求的提高以及汽車電動化的加速，汽車輕量化成為汽車行業(yè)的發(fā)展潮流，推動著包括高強度鋼、鋁合金、工程塑料以及復合材料等在內的輕量化材料在汽車領域的應用。
連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料（CFRTP）作為一種高強度、高剛性、高韌性、可回收的新型熱塑性復合材料，與鋼、鋁合金相比，可以有相當?shù)膹姸?、重量更輕、能量吸收能力更高；與熱固性復合材料相比，更易于加工，且環(huán)?？苫厥?，在汽車輕量化設計中具有巨大的應用潛力，可替代部分金屬材料和高端聚合物材料，應用于座椅靠背、前端模塊、車門內板、保險杠等車身結構件、半結構件上。
除了上述應用外，隨著技術的發(fā)展成熟，連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料正越來越多地被用作汽車輕量化設計中金屬的替代品。下面我們來看看，近期連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料在汽車上的創(chuàng)新應用。
一、寶馬ix前圍板和后窗框架部件
早在2010年，寶馬集團就在JEC World展會期間公布了其首款大量采用復合材料的電動乘用車，而在后面的i3、i8、7系設計中同樣大量采用了碳纖維復合材料。
寶馬iX則是寶馬集團在大量采用復合材料的全電動設計方面取得的又一進展，在iX中，寶馬集團整合了7系的Carbon Core與之前寶馬i 系的全碳纖維的車身結構，它采用了多材料的車身結構，寶馬集團將這種車身結構稱作Carbon Cage。
側框架、雨水槽、車頂框架、前圍板和后窗框架的 CFRP 部件組合形成一個“Carbon Cage ”，在加固車身的同時，減輕重量并提高車輛的靈活性。而前圍板和后窗框架部件采用全新方法由連續(xù)纖維增強熱塑性塑料 (CFRTP) 制成。
這種CFRP-CFRTP的混合結構與同樣的鋼制部件相比，在提高剛性的同時還減輕了5 kg的重量，同時實現(xiàn)了寶馬想要的簡約外觀，從而增加了乘員艙的寬敞感。
二、奔馳S級轎車駕駛輔助系統(tǒng)電池支架
在梅賽德斯-奔馳 S 級轎車的高級自動化駕駛輔助系統(tǒng)結構件中，采用朗盛Tepex? 連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料制造電池支架，為該系統(tǒng)的“智能駕駛”供電。
據介紹，這款弓形支架由德國洛恩的Poeppelmann Kunststoff-Technik 公司制造，它的基材為聚丙烯基 Tepex? dynalite 104-RGUD600(4)/47%，制造方法是將復合材料的成型（懸垂）與注射成型相結合的兩步法工藝。
采用復合材料可以使成品可比金屬造的減重 40%，注塑成型步驟還可實現(xiàn)集成功能，不僅使安裝支架變得更加容易，而且還可減少了傳送運輸工作。這些加工工藝有助于降低制造成本。且復合材料對車身和電池的金屬部件是電絕緣的，大大降低了短路的風險。而由金屬制成的組件需要額外的措施來防止短路。
三、梅賽德斯-奔馳S級轎車上的負載艙
朗盛Tepex dynalite連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料的一項新應用是制造安裝在梅賽德斯-奔馳S級轎車上的負載艙，用于容納 48V 車載電源電池。這種復合材料部件能夠承受高機械應力，并且比同類金屬板部件輕30%左右，可以防止電池在發(fā)生碰撞時穿透或損壞凹槽壁，同時確保負載艙的密封性。
該部件采用混合成型工藝，坯料由基于聚酰胺6的Tepex dynalite 102-RG600（2）制成，并用兩層連續(xù)玻璃纖維織物增強。朗盛的 Durethan 聚酰胺6用于注塑緊固件和加強筋。
除了S轎車外，Tepex dynalite還應用于梅賽德斯-奔馳 C 級轎車的負載艙，用于容納車載電源電池。輕質結構材料比金屬輕得多，未來將在電動汽車安全裝置、完整的電池系統(tǒng)外殼或引擎下可用的裝載空間組件方面有巨大應用潛力。
四、東風汽車輕型卡車工具箱
SABIC與中國主要貨車制造商東風汽車合作，開發(fā)出一種用于生產堅固而且輕量化的車載工具箱新型復合塑料混合解決方案。該應用混合了SABIC的 STAMAX? 長玻纖聚丙烯樹脂和一種連續(xù)玻纖復合層壓嵌件，采用雙色注塑工藝生產。與類似設計的鋼制零件相比，采用該方案生產的成品零件重量減輕了30%，并有效提高了東風汽車的生產效率。
SABIC的混合解決方案結合了 STAMAX 樹脂與熱成型復合嵌件，這款嵌件由連續(xù)玻纖增強熱塑性復合材料生產商江蘇奇一科技生產的單向玻纖增強聚丙烯帶制成。
層壓嵌件在放置入模具之前需進行預熱，并在一次操作中與 STAMAX 樹脂一同進行雙色注塑成型。這一嵌件可提高零件關鍵區(qū)域的剛度和強度，從而實現(xiàn)薄壁幾何設計，以此減輕零件重量。采用塑料復合解決方案生產的卡車工具箱重量減輕了約 30%（4-6kg），同時保證了應用所需的剛度、韌性和強度。
綜上，高性能、低密度的連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料已成為汽車輕量化中極具潛力的材料之一，在汽車半結構、結構件上廣泛應用。從材料上看，國外連續(xù)纖維復合材料產業(yè)日趨完善，應用相對成熟，而國內相關企業(yè)的產品也逐步得到汽車制造商的認可。從工藝上來看，大批量自動化，以及多工藝材料的復合生產技術，符合未來汽車行業(yè)輕量化與集成化設計的發(fā)展趨勢。（文章信息來源于各公司新聞稿、艾邦高分子、網絡資料）
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