復合材料在汽車工業應用的障礙

賈寶棟

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

由于復合材料具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可用于制造汽車車身、受力構件、傳動軸、發動機架及其內部構件。但在研發及應用過程中也有許多相應問題：

（1）注意開發低成本的材料體系，核心是低成本的碳纖維。碳纖維生產中2～2.5kg原絲才出1kg碳絲，PAN原絲要占成本的50～60%，繼續降低成本難度很大。國內T700量級12K的產品成本約在150元/kg左右，降到100元/kg以下也有難度。但世界上已開始向該方向努力，如德國和美國、日本的行動，他們主要就是集中在低成本原絲技術的開發。其次要注意低溫快速固化、流動性好的樹脂體系的配套研發和熱塑性樹脂體系及預浸料制造技術的研發。

（2）更為重要的是要注意低成本制造技術的研發。人們往往有誤解，復合材料成本高是高在碳纖維等材料上。其實不然，其成本高關鍵是制造成本高。據知復合材料制件的總成本中，制造成本占了70～80%，材料成本只占20%左右。因此低成本技術的核心是低成本的制造技術。所以欲掃除先進復合材料在汽車工業上應用的障礙，關鍵是研發低成本，快速成形技術，共中RTM技術占有重要地位。應用大規模整體成型，即采用共膠接/共固化技術，大量減少零件數、緊固件數，將眾多零件做成一個整體件的技術方法。大規模整體成型乃是復合材料的優點和特點之一，對減輕結構重量、減少裝配時間、降低成本收效甚大，目前在航空工業飛機結構制造中已大量應用。總之，低成本制造技術的研發是克服低生產效率高成本障礙最重要的方面之一。

（3）復合材料技術需要設計、材料和工藝三方面密切結合，缺一不可。但這三方面中設計是牽頭的，起主導作用。故要十分注意設計技術，包括計算技術的研究發展。先進復合材料歷經近50年的研究、應用和發展，已取得了長足的進步并逐步走向了成熟化、規范化，只是汽車領域還是該方面的新軍。急需進一步學習、研究、借鑒和提高，從而建立起有汽車工業特色的設計、分析、制造和試驗驗證與鑒定驗收的一整套相關技術和相應規范。

從世界上看，目前該項課題還存在一些認識和技術上的問題，主要的問題可有：

（1）思想認識和理念上的問題：雖然世界上對先進復合材料在汽車上的應用近來認識上已有提高，有了一批先知先覺者，并已積極行動起來，但多數還在觀望，亦不乏反對和抵制者，阻力還是相當大的。汽車工業是一個發展多年，從設計、選材到制造有其一套成熟和穩定的東西，驟然改變之絕非易事。為此復合材料界要和汽車領域的OEM建立起良好的互信關系，合作共贏，才有可為。

（2）在汽車領域大規模應用復合材料無論從設計、材料到制造均嚴重地缺乏經驗和數據，熟悉金屬結構的汽車設計師，不大熟悉復合材料甚至不懂復合材料設計，致使如何發揮汽車上應用復合材料獲取最大效益成了問題。因此特別要注意學習、借鑒，積累經驗，建立數據庫，在應用的實踐中總結提高，且不能操之過急，可能要有一個發展的過程。

（3）我們已經知道，復合材料的生產制造幾乎完全不同于金屬。這就存在一個原有設備更新和改造，新設備添置和引進的問題，這對已發展成熟的汽車工業而言可能是一個長期而痛苦的過程。如原用于金屬生產制造的車銑刨磨鉗鍛鑄焊等工序復合材料基本不用，甚至程控數控機床等近代設備亦無用武之地，產業鏈將發生巨大的變化。這一切在已初步實現飛機結構復合材料化的航空工業正在發生并積極進行中，歐美等一些先進國家正在揚棄和關閉一些用于金屬機身機翼等的制造車間和設備，轉而大規模投資興建復合材料的工廠和設備，大規模發展復合材料機械化、自動化制造技術和相關設備，由生產金屬零部件向生產復合材料制件轉進，一場革命性的變革正在悄然發生，汽車工業恐怕也要早點看到這個問題，并在思想上有所準備。

（4）還有一個重要的問題就是到期報廢產品的回收再利用的問題。汽車的壽命比飛機和風扇葉片等要短，一般10～15年，到壽命的汽車零部件的回收再利用在西方先進國家有嚴格的規定，如歐美日等規定到2015年汽車上報廢的零部件要有95%以上可回收再利用。這對復合材料在汽車上的擴大應用是一個很大的制約條件，因復合材料的回收再利用較金屬難度大，特別是熱固性復合材料。過去的辦法是粉碎、焚燒和掩埋，現在應研發更科學的辦法。有鑒于此，西方發達國家已著手研究解決這一問題，并已建起了多個專門的企業從事該項產業。目前較科學的辦法有高溫裂解，溶劑淬取等，使纖維和樹脂分離，回收再利用。相信隨人們認識的提高，重視程度的增加，科學技術的發展，此問題會逐步得到解決。

在汽車領域應用先進復合材料前景是肯定的，前途是光明的，世界上的相關業界已開始積極行動起來，付諸實施。希望國內對此能有清醒認識并付諸行動，順應歷史發展的潮流，不落人后，在該技術領域跟上并能超越世界前進的雄偉步伐。

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