SMC複合材料在汽車工業中的應用現狀及前景

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片狀模塑料（SMC），是一種干法製造不飽和聚酯玻璃鋼製品的模塑料。它在60年代初期首先出現在歐洲，在1965年左右美、日相繼發展了這種工藝。世界市場上的SMC大約在60年代末期即已初具生產規模，此後一直以每年20%～25%的增長速率快速增長，廣泛應用於運輸車輛、建築、電子/電氣等行業中。

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SMC（片狀模塑料）

SMC複合材料是Sheet molding compound的縮寫，即片狀模塑料。主要原料由GF（專用紗）、UP（不飽和樹脂）、低收縮添加劑，MD（填料）及各種助劑組成。它在二十世紀六十年代初首先出現在歐洲，在1965年左右，美、日相繼發展了這種工藝。我國於80年代末，引進了國外先進的SMC生產線和生產工藝。

汽車工業中的應用現狀

自從1953年世界上第一部FRP汽車——GM Corvette製造成功以後，玻璃鋼/複合材料即成為汽車工業的一支生力軍。傳統的手糊成型工藝只適於小排量生產，無法滿足汽車工業不斷發展的需要。在20世紀70年代開始，由於SMC材料的成功開發和機械化模壓技術以及模內塗層技術的應用，促使玻璃鋼/複合材料在汽車應用的年增長速度達到25％，形成汽車玻璃鋼製品發展的第一個快速發展時期；到20年代90年代初，隨著環保和輕量化、節能等呼聲越來越高，以GMT（玻璃纖維氈增強熱塑性複合材料）、LFT（長纖維增強熱塑性複合材料）為代表的熱塑性複合材料得到了迅猛發展，主要用於汽車結構部件的製造，年增長速度達到10～15％，掀起第二個快速發展時期。作為新材料前沿的複合材料逐步替代汽車零部件中的金屬產品和其它傳統材料，並取得更加經濟和安全的效果。

玻璃鋼/複合材料汽車零部件主要分為三類：車身部件、結構件及功能件。

1、車身部件，包括車身殼體、車蓬硬頂、天窗、車門、散熱器護柵板、大燈反光板、前後保險杠等以及車內飾件。這是玻璃鋼/複合材料在汽車中應用的主要方向，主要適應車身流線型設計和外觀高品質要求的需要，目前開發應用潛力依然巨大。主要以玻璃纖維增強熱固性塑料為主，典型成型工藝有：SMC/BMC、RTM和手糊/噴射等。

2、結構件：包括前端支架、保險杠骨架、座椅骨架、地板等，其目的在於提高製件的設計自由度、多功能性和完整性。主要使用高強SMC、GMT、LFT等材料。

3、功能件：其主要特點是要求耐高溫、耐油腐蝕，以發動機及發動機周邊部件為主。如：發動機氣門罩蓋、進氣歧管、油底殼、空濾器蓋、齒輪室蓋、導風罩、進氣管護板、風扇葉片、風扇導風圈、加熱器蓋板、水箱部件、出水口外殼、水泵渦輪、發動機隔音板等。主要工藝材料為：SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纖維增強尼龍等。

4、其他相關部件：如CNG氣瓶、客車與房車衛生設施部件、摩托車部件、高速公路防眩板和防撞立柱、公路隔離墩、商品檢測車頂櫃等。

歐美等發達國家汽車工業中的應用現狀

1、玻璃鋼/複合材料在汽車上應用最廣泛，玻璃鋼/複合材料工業科技水平最先進的，首推美國。

美國是世界上第一大玻璃鋼/複合材料生產與消耗國，美國在汽車上大量採用玻璃鋼/複合材料，使汽車輕量化取得了顯著效果。據美國複合材料製造商協會統計，2005年美國玻璃鋼/複合材料總產量為326萬噸，其中熱固性複合材料186萬噸，熱塑性複合材料140萬噸。據估算，目前美國汽車用複合材料年消耗量超過70萬噸；其中32％的熱固性複合材料用於汽車及其相關領域，相當一部分部件採用了SMC模壓工藝。在美國，有65%的美國轎車採用SMC作前臉和散熱器護柵板；95％以上汽車前燈反射鏡已採用BMC作為主要材料。複合材料在汽車上的應用幾乎涵蓋了美國本土的所有汽車製造廠家，如通用汽車、福特汽車、戴姆勒?克萊斯勒（DC）三大汽車公司以及Mack、Aero-star等重型車廠。

最新應用實例如下：

1）GM EV1全FRP車身電動汽車，包括SMC車頂、SMC發動機蓋、SMC後背廂蓋、SMC車門、RRIM前翼子板、RRIM前後面板、RRIM后角板和後輪襯板、SRIM全空氣動力學前面板、玻纖增強PUR儀錶板、RTM底盤。

2）Ford Calaxy前端支架（GMT）、Focus/C-MAX前窗下飾板（SMC）、Thunderbird前端板、發動機蓋板、前翼子板、後背廂蓋、后座蓋板（SMC）、Cadillac XLR門板、後背廂蓋、翼子板、前端板（SMC）、Lincoln Continental發動機蓋、翼子板、後背廂蓋（SMC）等。

3）Chrysler Crossfire後導流板、擋風玻璃蓋板/a-立柱（SMC）；Maybach 後背廂蓋（SMC）；Alfa Romeo Spider和Smart Roadster等的發動機蓋板、後背廂蓋（SMC）等。

歐洲應用情況

在歐洲，英、德、法、意、瑞典等國家較早採用了玻璃鋼/複合材料汽車部件。目前玻璃鋼/複合材料已在梅德賽斯－賓士、BMW、大眾、標緻－雪鐵龍、沃爾沃、菲亞特、蓮花、曼恩等歐洲汽車廠的轎車、客車和載貨車等各種車型中大量應用。汽車複合材料年消耗量約佔其複合材料年產量的25％左右；其中35％左右的SMC、80％以上的GMT與LFT均用於汽車部件製造。

最新應用實例如下：

1）梅德賽斯－賓士轎車：CL coupe 後背廂蓋（SMC），運動型 Coupe 後尾門（SMC，如圖1）；SLR天窗、隔音罩、通風側板、後擾流板（SMC）；S系列後保險杠支架（GMT/LFT）；E系列車燈反射罩（BMC）等。

梅德賽斯－賓士Coupe車型SMC後尾門

2）BMW 3系列Touring和X5的後擾流板（SMC）、BMW Z4硬頂（SMC）、BMW系列後保險杠支架（GMT/LFT）、BMW 5系列車燈反射罩（BMC）等。

3）VW Touareq/Polo GT1/Lupo GT1/FS1後擾流板（SMC）、VW Golf R32 發動機蓋（SMC）、Audi A2分割式儲物箱（SMC）、Audi A4可摺疊型後背箱蓋（SMC）、VW Golf A4車燈反射罩（BMC），以及Golf全複合材料車身電動車。

全FRP車身電動車

4）標緻607備胎箱（LFT），標緻405保險杠支架（LFT），標緻807後尾門、翼子板（SMC）；以及雪鐵龍系列Berlngo車頂模板（SMC），Xantian前端支架（LFT），AX尾部底板總成（GMT），C80後尾門（SMC）等。

5）Volvo XC70、XC90、V70後尾門（SMC/BMC）以及Renault Espace後舉升門、側門、側護板及車頂（SMC）和Mosaic前端結構骨架總成（LFT）、車燈反射罩（BMC）。

6）在梅德賽斯－賓士Actros/Actros Megaspace、MAN TG-A和F2000、Volvo FH/FM系列、Renault Magnum/Premium/Midlum、Premium H130以及Scania以及Iveco Stralis等新型重型載貨車車型上，均大量使用以SMC為主導的複合材料。

複合材料在重型載貨車典型應用實例——MAN TG-A

Volvo FH/FM系列用D12發動機油底殼

亞洲應用情況

日本依然是當今公認經濟大國，其汽車製造業與歐美同屬領先地位，但採用玻璃鋼/複合材料的步伐和進展要落後很多，主要原因是日本冶金工業發達，鋼材質優價廉。直到20世紀80年代中期，日本才正式開始積極研究開發FRP汽車部件，並轉入規模生產，其中大部分採用SMC工藝，而且呈逐年上升趨勢。韓國汽車工業基本上走日本汽車材料發展之路。

我國汽車工業中的應用現狀

到20世紀80年代中後期，隨著國家汽車發展政策的重大轉型以及國外先進汽車技術和資本的引入，汽車複合材料的應用隨著我國汽車工業的蓬勃發展取得突破，逐步改變了原有傳統手糊工藝單一作業模式，通過技術引進與消化吸收融入了SMC、RTM、噴射等工藝技術，形成了一定的規模化生產技術與能力，零部件質量大幅提高，汽車主機廠對汽車複合材料認同度大大增強。我國汽車複合材料的大規模應用始於引進車型上，也在自主開發的一些車型上得到應用，尤其在近幾年來取得了長足發展。

轎車方面的應用

目前我國轎車生產仍然以進口車型為主，主要分為美系、歐系與日韓系。另有一些完全的自主品牌，如奇瑞、長城、獵豹等。進口車型的複合材料部件基本沿用原廠設計，部分實現本地化生產配套，但相當一部分部件依然需要KD件進口；國產品牌轎車上複合材料部件還較少使用。

應用實例：

1）北京賓士300C油箱副隔熱板（乙烯基酯SMC）；

2）北汽二代軍車――勇士系列（圖5）的硬頂、發動機蓋、翼子板（手糊FRP）、前後保險杠、蓄電池托架（SMC）等；

3）鄭州日產銳騏（SUV）頂飾件總成、中隔窗（SMC）；

4）東風雪鐵龍標緻307前端支架（LFT）；

5）上汽榮威的底部導流板（SMC）；

6）上海通用別克凱悅、君悅的天窗板（SMC）、後靠背骨架總成（GMT）；

7）上海大眾帕薩特B5底部防護板（GMT）；南汽名爵（MG）車頂（SMC）；

8）奇瑞在新車型開發中設計使用SMC製造車門。

二代軍車勇士系列

客車方面的應用

玻璃鋼/複合材料在國內大型、豪華客車中均有應用，幾乎囊括如廈門/蘇州金龍、西沃、安凱、鄭州宇通、丹東黃海、福田歐V等所有客車廠家的所有車型，涉及應用部件有前後圍、前後保險杠、翼子板、輪護板、裙板（側圍板）、後視鏡、儀錶板、倉門板等。由於此類客車部件類多、較大、量小，一般採用手糊/噴射或RTM工藝成型。

在中小型客車中，玻璃鋼/複合材料也有廣泛應用。如南京依維柯S系列車的SMC前保險杠、手糊/RTM硬頂、BMC前大燈反射罩，都靈V系列車的SMC豪華面罩、電動門總成、三角窗總成、後行李廂門總成和FRP後圍總成等。近年來，玻璃鋼/複合材料在微型客車領域應用有所增加，而且有應用SMC、RTM工藝逐步替代傳統手糊工藝的趨勢。

載貨車方面的應用

隨著載貨車技術的引進、消化、吸收以及自主創新，近年來國內載貨車技術得到很大的提高、優化與改進，同時隨著國民經濟的高速發展帶來的市場驅動帶來載貨車產量的不斷攀升，玻璃鋼/複合材料在載貨車中取得了突破性的應用，尤其在中重型卡車方面。以SMC、RTM為主導的複合材料應用尤為活躍，涉及駕駛室頂蓋、前翻轉蓋板、前圍面罩、保險杠、翼子板、側圍護板、腳踏板、輪罩及其裝飾板、門下裝飾板、前圍裝飾罩、導風罩、導流板、導流罩、側裙板、雜物箱以及發動機內部件等。

近幾年來，投入批產的重型載貨車新車型包括：解放J5和J6、東風天龍、中國重汽「華沃」和「豪濼」、北汽福田「歐曼ETX」、陝汽「德御」和「德龍F3000」、重慶紅岩「霸王」和「斯達-斯太爾」、東風柳汽「新霸龍」（507）、洛陽福賽特「福德」、鎮江華菱重卡、安徽精功重卡、江淮格爾發、金華青年「曼」、南汽凌野等，在車身件上大量使用了玻璃鋼/複合材料，主要以SMC為主，輔以RTM、噴射和手糊等工藝技術，成為近年來玻璃鋼/複合材料在汽車業中應用拓展德亮點。相對於國內重型載貨車火爆的市場需求和開發衝勁而言，在中、輕型載貨車和皮卡車市場相對萎縮，玻璃鋼/複合材料的應用情況有下降趨勢。

歐曼ETX重型載貨車中汽車複合材料應用實例

我國汽車複合材料應用前景

我國汽車工業的發展很大程度上得益於資本和技術的引進，同時也得益於國內汽車主機廠自主設計開發能力的提高。我國實行改革開放以來，由於引進合資，我國的汽車製造能力從四五十年代的解放牌水平一下子提高到可以製造奧迪A6、帕薩特B5，別克等近代先進轎車的水平，並進一步實現諸如寶馬、賓士等當代最高檔轎車實現同步開發與生產。統計數據顯示，2006年我國汽車產銷量突破700萬輛，成為繼美國市場之後的世界第二大市場和僅次於美國和日本的世界第三大汽車生產國。隨著國民經濟繼續保持較快增長的態勢下，今後我國汽車工業仍將穩步上升。

我國1990年-2006年汽車產銷量

未來的汽車與現在的汽車在很多方面不會有太大的區別，但設計思想會有很大不同。當今社會，人們目光的角度已逐漸轉到人與自然的關係問題上，環境與能源問題成為世界上每個國家能否生存和發展的關鍵。隨著人們環保意識的不斷提高以及各國環保法規的相繼出台，綠色汽車已經成為未來汽車發展的必然趨勢。而複合材料作為未來汽車材料發展的主流，必將在其中扮演非常重要的角色。構築材料、成型加工、設計、檢查一體化的材料系統，形成聯盟和集團化的組織系統，這將更充分的利用各方面的資源（技術資源、物質資源），緊密聯繫各方面的優勢，以推動複合材料工業的進一步發展。

汽車工業的發展日新月異，複合材料的研究也是一日千里，各種新型的車型，新式的材料不斷地湧現。可以預測在不久的將來，更高性能的複合材料將更大範圍地應用在汽車領域中。

來源：材料十＆江西瑞麟科技

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