复合材料在汽车中的广泛应用

目前，汽车上常用的复合材料主要有纤维增强复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。

1.纤维增强复合材料及其在汽车中的应用

纤维增强复合材料（FRP）因其具有强度高、质量小、耐腐蚀、加工性好及可制造A级表面汽车外覆盖件等特点，已被广泛应用于汽车车身部件。FRP是今后取代金属材料制造汽车主要覆盖件及受力构件的最有前途的轻量化材料。目前，北美汽车制造业用FRP制造汽车零部件的用量已达120 kg。通常，FRP是指玻璃纤维和热固性树脂的复合材料，但是，除增强用玻璃纤维之外，还有碳纤维和高强度纤维，基体树脂根据使用要求可用环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯等。

1）SMC在车身部件中的应用

SMC是玻璃纤维增强不饱和聚酯片状模压塑料基复合材料（Sheet Molding Compound，缩略语为SMC），是一种新型的制造车身件的复合材料。它是在不饱和聚酯树脂中加入引发剂、增稠剂、低收缩剂、填料及染料等成分，经过充分混合成树脂糊，在SMC机组中树脂糊充分浸渍切短的玻璃纤维，经辊压而成的片状复合材料。它属于热固性塑料增强复合材料，能在一定的温度和压力下，交联固化而成形。

利用SMC设计产品时具有较高的灵活性与自由度，强度较高，可实现零部件整体化，尺寸稳定，外观漂亮，易于涂装，电绝缘性好，冲击性能好，能在-40℃温度下使用，热变形温度和耐老化性能均高于普通热塑性材料，使用寿命高于15年，较适合用于制造车身部件。

SMC材料在加热的模具中可以流动，因此便于制造带有筋板或局部凸起的不等厚的大型车身覆盖件。另外，高强度的SMC和普通的SMC还可以混合使用，例如用SMC材料制造的车门，它是外表层用光洁性好的SMCR-30，中间层用高强度型SMCC30/R20，内层用美观的着色低收缩型SMC等3种SMC材料层叠热压成形为一体的产品。

2）能冲压成形的FRP材料

由于SMC材料成形车身及其他汽车零部件的速度慢，为了使塑料基的复合材料的成形速度既接近金属材料的冲压加工，又能利用现成的金属冲压设备，以适应大批量生产的汽车工业，于是，能冲压的FRP塑料基板材（stampable sheet）应运而生。

这种材料又称为GMT，它是冲压成形的玻璃纤维毡增强的热塑性塑料片材，相当于热固性的SMC热塑性片材。其典型代表是美国PPG公司生产的Azdel和STX两种冲压成形片材，前者是用玻璃纤维毡增强的PP塑料复合材料，后者是一种玻璃纤维增强的尼龙（PA）塑料复合材料。

GMT片材中的玻璃纤维均匀地分布在片材中，树脂含量容易控制，并可通过选择增强材料与在混合料中加入各种不同的添加剂，使产品具有更高的刚度与硬度、更好的机械性能，以符合汽车所要求的表面外观、阻燃性或静电屏蔽性。为了提高片材的纵向强度，选择单向纤维毡，使纵向强度比横向强度高25％～50％，这种片材适合制作保险杠或平板构件。用湿法生产的GMT，片材在加热后，纤维的流动性好，还可以模压出带金属嵌件或者是密度不同的构件。GMT片材适宜制作汽车车门。(www.xing528.com)

2.金属基复合材料（MMC）

金属基复合材料通常是由低强度、高韧性的基体和高强度、高弹性模量的纤维组成的。金属基复合材料的基体大多采用铝、铜、铝合金、铜合金、镁合金和镍合金，增强材料一般为纤维状、颗粒状和晶须状的碳化硅、碳化硼、氧化铝和碳纤维，要求具有较高的强度和弹性模量（抵抗变形及断裂）、高抗磨性（防止表面损伤）与高化学稳定性（防止与空气和基体发生化学反应）。

1）纤维增强金属基复合材料（FRM）

它是利用纤维的特性制造质轻的结构材料。其优点为比强度高、比刚性高，制成同等强度的零件可使重量下降；耐磨性和耐热性能好；热传导和电导性优良。因而FRM材料在汽车上用来制造活塞环、连杆、气缸体、活塞销等。

2）颗粒、晶须增强金属基复合材料

颗粒及晶须增强金属基复合材料是目前应用范围最广、开发前景最好的一种金属基复合材料。这类材料的金属基大多数是采用密度较低的铝、镁和铜合金，以便提高复合材料的比强度和比模量，其中较为成熟、应用较广的是铝基复合材料。这类复合材料所采用的增强材料为碳化硅、碳化硼、氧化铝颗粒或晶须，其中以碳化硅为主。汽车工业上应用的碳化硅颗粒铝合金基复合材料发展最快，它的强度比中碳钢好，与钛合金相近而又比铝合金略高，其耐磨性也比铝合金、钛合金好，密度只有钢的1/3，与铝相近。汽车上用来制造发动机活塞、喷油嘴部件、制动装置等。

3）陶瓷基复合材料

陶瓷具有耐高温、抗氧化、高弹性模量和高抗压强度等优点，但由于脆性大经不起冲击，因而限制了陶瓷的使用。20世纪80年代以来，通过在陶瓷材料中加入颗粒、晶须及纤维等得到的陶瓷基复合材料，使陶瓷的韧性大大提高。

陶瓷基复合材料具有高强度、高弹性模量、低密度、耐高温、高的耐磨性和良好的韧性，目前已用于高速切削工具和内燃机部件上。汽车工业的研究重点是用陶瓷替代金属制造发动机的零部件甚至整机，用陶瓷材料可以提高热效率、无须水冷，而且比硬质合金的重量轻得多。例如，采用氮化硅陶瓷复合材料制造发动机的涡轮增压器，比镍基热合金涡轮增压器的重量减轻34％，启动到104 r/min所需的时间缩短了36％。