树脂基复合材料在新能源汽车领域的应用王瑞刚

王瑞刚张丽生

山东格瑞德集团有限公司山东德州253000

摘要：介绍了树脂基复合材料在新能源汽车领域应用的优越性，阐述了树脂基复合材料在新能源汽车领域的工艺应用现状及应用成果，探讨了LFT-D树脂基复合材料成型工艺在新能源汽车中的发展趋势及应用前景展望。

关键词：树脂基复合材料新能源汽车加工工艺LFT-D工艺

引言

2015年5月，国务院正式印发《中国制造2025》规划，明确定义节能与新能源汽车为10大重点领域之一，实现2020年自主品牌新能源汽车达到100万辆，2025年达到300万辆的目标。并通过对新材料领域技术路线图的解析，明确了突破轻质材料、复合材料汽车零部件性能分析、成形及连接等技术问题的任务；并把提高资源回收利用效率，构建绿色循环经济作为一项重点任务来抓。轻量化技术领域的相关研究得出，重量的减轻直接意味着续航里程的增加。如纯电动汽车整车重量若降低10kg，续驶里程则可增加2．5km，提升电动汽车的续驶里程，除了加强电池和驱动系统之外，与车身轻量化的程度也密不可分，而车身轻量化最明显的特征就是材料的选择。目前，应用于新能源汽车的轻量化材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金、树脂基复合材料等几种[1]。

一、树脂基复合材料概述

1、树脂基复合材料概念

树脂基复合材料又称为纤维增强塑料，属于复合材料范畴，是有两种或两种以上的独立物理项，包含树脂基材（热固性树脂或热塑性树脂）和增强材料经成型工艺复合而成的复合材料，采用的增强材料通常有玻璃纤维、碳纤维、植物纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维等[2]。

2、纤维增强树脂基复合材料性能特点

1）质量轻、比强度高。材料密度较小，一般密度在1.2-2.0之间，只有普通碳钢的1/5-1/4。比强度高，承载能力强，可以大幅度减轻汽车自重，降低能耗。

2）设计自由度高。树脂基复合材料的物理、化学及力学性能，可以通过原材料的选择、配比、工艺、纤维含量和铺放方式的不同进行设计，满足不同制品结构的需求。

3）良好的耐腐蚀性。树脂本身具有良好的耐腐蚀性能，针对使用工况，有针对性的选择基体树脂材料，可实现复合材料制品不同的耐腐蚀性能要求，为新能源汽车工业的应用提供了更广阔的空间。

4）部件功能集成化。针对汽车部件而言，传统钣金性功能件是由多个小的部件组合连接而成的，但通过树脂基复合材料就可以实现部件集成，使原来多模具、多工序的制品，通过一套模具一个工艺即可实现，所以从根本上降低了成本，提高了效率，更适合于汽车工业高节拍的需求。

5）电性能优良

树脂基复合材料具有良好的电绝缘性能，它不受电磁波作用，不反射电磁波，通过设计可以使其在较宽的频段内都具有良好的透微波性能。

另外，树脂基复合材料对缺口的应力集中敏感性小，而且纤维和基体树脂界面能够阻止和改变裂纹扩展方向，因此就有较高的疲劳极限。

二、树脂基复合材料在新能源汽车领域的应用

1、应用状况

从复合材料在汽车上的应用历程来看，树脂基复合材料在新能源汽车领域的应用处于成长期，长/短玻璃纤维增强复合材料，已批量应用于汽车部分结构件和功能件上，是目前广泛应用于汽车上的重要复合材料类型，如纤维热固性复合材料—手糊、SMC、RTM、热压罐成型等；纤维热塑性复合材料—LFT-D、GMT等。并且出现了以碳纤维为增强材料的复合材料制品，逐步应用于车身承载型结构件中，随着全球环保意识的增强，整车回收比例的提高，LFT-D绿色环保型树脂基复合材料加工工艺，将迎来新的机遇。

2、加工工艺对比

为了满足新能源汽车主机厂的阶段性开发需求，针对不同的部件也出现了相匹配的复合材料制品加工工艺，产品涉及到汽车顶棚、地板、发动机罩盖、动力电池包壳体、后尾门框架等部件，从加工工艺的角度而言，各工艺类别都有其特殊性，对比如表3：

3、LFT-D加工工艺分析

1）降低生产成本。传统的GMT模压生产线需要8个工人实现修边、打孔等工作，LFT-D模压生产线只需要4个工人，由于生产过程中减少了中间环节，节省了材料和人力，提高了空间利用率，进而LFT-D工艺可以大幅度降低生产成本，加工成本比GMT的低70%，比预制粒料的低50%。

2）改善产品性能，提高生产效率。LFT-D长纤维增强热塑性复合材料的机械性能由基体树脂、增强纤维、纤维长度、纤维分布及含量而定，生产工艺和参数变化明显影响纤维含量、长度、分布和取向。一般来说，供料和复合材料工艺的连续性越高、螺杆组合结构越合理，纤维受损越小。LFT-D工艺较其他热塑性成型工艺不同，该工艺能更好的保持纤维的完整性，同时改善浸渍效果和纤维分布，进而可以显著提高制品的机械性能和制品的外观质量。美国复合材料制品公司曾对所生产的LFT-D模压汽车前顶盖做过测试，8个点上所测玻纤含量变化小于1%，LFT-D模压制品所含纤维长度在20mm左右，更有效的保证了制品的力学性能。[3]

3）制品可回收再利用，环保节能。GMT不易回收利用边角余料和废料，而LFT-D工艺就可以完好的实现材料的回收再利用，真正实现了材料的综合利用，迎合了汽车行业对整车回收比例的要求，况且工艺本身通过熔融状态的基料混炼成坯料，直接在线模压成型，进而降低了能耗。

4）轻量化效果好。LFT-D工艺由于其成型工艺的特殊性，从基材选择上来讲，更倾向于高流动性的热塑性树脂，根据制品的性能要求，基材树脂体系密度一般控制在1.0-2.0g/cm3之间，基本满足汽车行业的轻量化需求。综上所述，树脂基复合材料以其独特的性能优势，正在广泛的应用于新能源汽车领域，更大的满足了新能源汽车节能、环保、安全、轻量化的发展需求，应用前景广阔。

参考文献

[1]冯奇、何健、万党水等.复合材料在汽车中应用的发展趋势[J].工艺材料，2013：50-53.

[2]耿运贵，张永涛.树脂基复合材料的应用及发展趋势[J].河南理工大学学报（自然科学版）.2007（02）

[3]沈玉考.长纤维增强热塑性复合材料模塑技术新动向[J].玻璃钢/复合材料.2004:55.