复合材料在交通运输领域的应用展望

中国复合材料工业协会二00年三月重庆二00一一年三月重庆伴随世界经济的快速发展，交通运输业已成为重要产业之一。交通基础设施建设、交通工具制造、节能减排技术推广成为交通运输产业发展的重要组成部分其中交通推广成为交通运输产业发展的重要组成部分。其中，交通工具的制造中，新技术、新材料的应用，新能源的应用，成为当前世界各国和各区域组织最为关注的课题。今天，我们就纤维增强树脂基复合材料在交通运输领的应用进行我们就纤维增强树脂基复合材料在交通运输领的应用进行研讨，共同展望在这一领域的发展前景。一、全球复合材料产业发展状况及趋势二、复合材料在交通运输领域的需求及应用三复合材料产业技术发展趋势三、复合材料产业技术发展趋势四、中国复合材料产业十二五发展规划复合材料领域界定本文所指复合材料是纤维增强树脂基复合材料，它包括纤维增强热塑性复合材料和纤维增强热固性复合材料按纤维增强热塑性复合材料和纤维增强热固性复合材料。按照纤维特性划分有玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复照纤维特性划分有玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料及其他特种纤维增强复合材料。复合材料是新材料领域的重要组成部分，与传统材料相比，复合材料具有：比，复合材料具有：可设计性强比强度比模量高抗疲劳断裂性能好抗疲劳断裂性能好结构功能一体化发展现状复合材料工业的发展速度远远高于世界经济的增长速度，2009年全球复合材料/复合材料的产量约900万吨，其中2009年全球复合材料/复合材料的产量约900万吨，其中北美、欧洲和亚洲是三个最大生产和应用地区，全球树脂基复合材料的年平均增长率在5%以上，其中亚太地区的增长率可达7%（中国约为16.2%、印度约为15%、欧洲和率（中印洲北美地区为4%）。全球复合材料现状交通建筑工业基础船舶其他交通运输建筑与结构工业设备基础工程船舶其他比例24%18%26%7%6%19%产量2131622346354171产量2131622346354171前复料产目前全球复合材料从业人员约60万人，总产值约600亿欧元。我国2010年产量达329万吨，已超过美国而居世界第一位。均年增长率达1超过我G增速成为全球复平均年增长率达15.5%，超过我国GDP增速。成为全球复合材料制造大国。发展趋势全球复合材料行业的重心正在从欧美发达国家转向亚洲，亚洲复合材料产量高速增长是行业发展最明显的趋势之一，产量到2015年有望翻番，达800万吨以上。趋势之，产量到年有望翻番，达万吨以。预计亚洲在全球复合材料市场所占比重将从本世纪初的25%提升至2013年的43%。随着风能和航空航天等高精尖技术的发展复合材料在随着风能和航空航天等高精尖技术的发展，复合材料在高附加值领域的应用将更多。中国将成为全球复合材料最活跃、发展最快的地区。未来几年随着中国经济结构的转变、经济的转型以及国民经济的高速发展复合材料在中国将获得更大发展的高速发展，复合材料在中国将获得更大发展。印度在复合材料方面也蕴藏着不可忽视的增长潜力，汽车等应用领域的快速发展将带动印度复合材料行业成长。中东来越南印度也高增长潜力的中东、马来西亚、越南和印度尼西亚也是高增长潜力的国家和地区。到“十一五”末，我国玻璃钢/复合材料在生产技术、到十末，我国玻璃钢/复合材料在生产技术产品种类、生产规模等方面迈过了由小到大的台阶，已形成较为完善的工业体系目前原辅材料基本配已形成较为完善的工业体系。目前，原辅材料基本配套，有较强的装备制造能力，成型工艺基本齐全。年产量由“十五”末期的160万吨上升到2010年的329万吨，平均年增长率达15.5%，超过我国GDP增速。成为，平年，全球复合材料制造大国。能源环保,7.2其他,4.2建筑,29.8工业应用,交通,15.7电子电器,20.822.40.8在车在汽车工业中的应用作为汽车轻量化主流轻质材料之一的汽车复合材料得到作汽车轻轻质材料汽车复材料得到了快速发展。无论是欧、美、日等汽车工业发达国家，还是中和印度等汽车业快速发展中家都在是中国、巴西和印度等汽车工业快速发展中国家，都已在汽车制造中大量采用汽车复合材料。涉及的车辆有商用车、乘用车、工程车、农用车以及改装车。外饰饰主要应用范围：涉及外饰件、内饰件、结构件、半结构件等等，从车门、车窗到车盖、车顶、车厢、车身底护板到发动机气门盖、油底壳，从座椅骨架、底盘到储气罐、传动轴和板弹簧等都有汽车复合材料的应用动轴和板弹簧等，都有汽车复合材料的应用。主要工艺包括：SMC/BMC、GMT、LFT，以及一些复合纤维及其织物，如GF/PP、GF/PA、丙烯酸酯共聚物/天然纤维预浸料预浸料。车身部件包括车身壳体硬顶天窗车门散热器护栅板包括车身壳体、硬顶、天窗、车门、散热器护栅板、大灯反光板、前后保险杠等以及车内饰件。这是复合材料在汽车中应用的主要方向，主要适应车身流线型设计和外观高品质要求的需要目前开发应用潜力依然巨大。和外观高品质要求的需要，目前开发应用潜力依然巨大。主要以玻璃纤维增强热固性塑料为主，典型成型工艺有：SMC/BMC、RTM和手糊/喷射等。奔驰汽车GMT后举升门奔驰汽车GMT后举升门奔驰汽车新款福特野马GT–R——碳纤维发动机罩、尾新款福特野马GTR碳纤维发动机罩、尾翼其特高机其主要特点是要求耐高温、耐油腐蚀，以发动机及发动机周边部件为主。如：发动机气门罩盖、进气歧管、油底壳、空滤器盖、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇叶片风扇导风圈加热器盖板水箱部件出水口外壳片、风扇导风圈、加热器盖板、水箱部件、出水口外壳、水泵涡轮、发动机隔音板等。主要工艺为：SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纤维增强尼龙注射工艺等。结构部件：包括前端支架、保险杠骨架、座椅骨架、地板、板簧等，前支架保杠骨架椅骨架板板簧等，其目的在于提高制件的设计自由度、多功能性，主要使用高SCG等艺高强SMC、GMT、LFT等工艺。电池托盘（架）电池托盘（架）保险杠座椅骨架前端前端仪表板仪表板前端支架车底护板后举门泥板隔音板隔音板备胎箱Page26备用轮胎盒盖底护板欧洲市场LFT/GMT应用实例BumperBeamCarrierSparewheeltubRockerpanelPans3%保险杠备胎箱仪表板Tailgate6%4%4%3%3%Frontendcarrier23%保险杠前支架尾门7%Accousticshielding27%Underbodyshield11%OhtersInstrumentpanelcarrier13%隔音罩底部护板面板总成支架其它在轨道交通领域的应用复合材料正成为越来越重要的一类材料，除用作内部设备和装饰材料外在承重结构上的应用也越来越广泛用备和装饰材料外，在承重结构上的应用也越来越广泛，用复合材料做成的构件，重量轻、强度高、刚性大，是一种想料造多成理想的结构件。复合材料产品制造工艺多数是近终形成型，制造出的产品，不需进行机械加工，生产效率高，制造成本低。复合材料在轨道交通车辆中广泛应用，对减轻车厢重量降低噪、振动提高安全性、舒适性减少维修等重量，降低噪、振动，提高安全性、舒适性，减少维修等均有重要作用。国家加大对铁路的投车辆内饰复合材料需求量增加国家加大对铁路的投入，车辆内饰复合材料需求量增加。无砟轨道充填式复合材料垫板在高速铁路上得到成功应用。地铁用第三轨保护罩（拉挤与接触成型）及其支座(SMC模压）电缆支架(SMC模压)逃生平台（拉挤酚醛玻璃模压）、电缆支架(SMC模压)、逃生平台（拉挤酚醛玻璃钢型材）等得到广泛应用。其其他结构及应用转向架转向架复合材料车轴、车轮复合材料轨枕道床道碴碎石间缝隙填充体道床道碴碎石间缝隙填充体复合材料板簧复合材料板簧能够大幅度降低重量相比钢制板簧，减重可达到70%~80%更高的抗疲劳特性更高的抗疲劳特性疲劳寿命是钢制板簧的3~4倍更高的安全特性破坏时不会产生脆性断裂破坏时不会产生脆性断裂综合成本及能耗都有大幅降低复料速复合材料齿轮变速箱采用复合材料制造机车齿轮变速箱能够显著降低齿轮箱采用复材料制车齿轮变箱够著降低齿轮箱的重量，以某种型号的机车齿轮箱为例，金属齿轮箱为134公斤复合材料齿轮箱公斤减重近60每台机134公斤，复合材料齿轮箱55公斤，减重近60%，每台机车装备六台齿轮箱，共减重474公斤。复合材料齿轮箱具有优异的降噪功能和耐腐蚀性能。复料架复合材料转向架复合材料转向架作为车体的重要部件，采用复合材料制复材料转向架作车体重要部件，采用复材料制造可以大幅度降低转向架的重量，每辆车体的减重可以达到1吨上德和本经有成熟的应经验到1吨以上。德国和日本已经有成熟的应用经验。复料车车复合材料货车车厢复合材料货车车厢采用夹层复合材料结构制造，与金属复材料货车车厢采用复材料构制，与属相比，每个车厢能够降低的重量可以达到数百公斤至上吨。仅大幅度降低空载能耗提高力复合材料货车不仅大幅度降低空载能耗、提高运力，而且复合材料货车车厢能够提供更好的耐腐蚀性能。新能源汽车蓄电池壳体用复合材料新能源汽车中的电动汽车成为众多汽车厂家“十二五”新能源汽车中的电动汽车成为众多汽车厂家十二五规划中重要发展的方向之一，电动汽车将采用统一标准的蓄电池，通过充电站更换蓄电池有效提高电动汽车的续行能力。现有的汽车用蓄电池壳体材料难以满足大容量蓄电能力。现有的汽车用蓄电池壳体材料难以满足大容量蓄电池壳体的需要，而采用纤维增强热塑性复合材料不仅具有轻质高强、易实现多部件一体化等特点，还具备了生产效率高、可回收、生产能耗低、等优势，发展速度已经超过率高可收产能耗低等势，发展速度超了复合材料的平均发展速度，在欧美等国家汽车工业中得到广应到了广泛应用。中国复合材料技术发展趋势将会呈现以下特点：中国复合材料技术发展趋势将会呈现下特点以碳纤维为主的高性能复合材料的发展将会加快；多工艺集成技术成为技术发展的必然；复合材料的设计技术和软件将会得到提高；材料计术件将得到高；创新设计和使用将取代原来的“替代材料”的设计思想；成会低成本、低排放的制造技术将会得到重视；在设计、制造、使用等各个环节，环保的思想和理念会得到广泛认同。步技术进步经过50多年的不断探索和研究，近年来，复合材料的多年断探索和研，年来，复材料新材料、新工艺和新技术不断涌现，促进了复合材料在交通输领域中的广泛应仅汽车产业据统计在欧美通运输领域中的广泛应用。仅汽车产业，据统计，在欧美一些国家，汽车复合材料的用量约占本国复合材料总产量的33％左右，并保持持续增长状态。自自主创新随着我国加入WTO，一方面，在复合材料民品市场上着我国，，在复材料市场国外生产原材料、设备及复合材料的跨国公司纷纷进入中为我带来较先进的原材料艺技术产另国，为我国带来了较先进的原材料、工艺技术及产品，另一方面，先进复合材料是航空、航天和国防工业的关键材料之一，西方发达国家对我国实行严格限制，只有通过自主创新解决主创新解决。原材料复合材料用主要原材料已基本配套玻璃纤维与树脂的复合材料用主要原材料已基本配套，玻璃纤维与树脂的品质不少已经达到国际水准，价格具有竞争力。以玻纤为例，“十一五”以来，以大型无碱池窑技术、纯氧燃烧技术在线短切电助熔6000孔大漏板新型玻璃配技术、在线短切、电助熔、6000孔大漏板、新型玻璃配方、自动化物流线、生产等一大批重要科技成就，极大地提高了行业技术水平和国际竞争力。其中，无碱玻纤池窑拉丝技术已经达到国际先进水平世界最大的年产12万吨拉丝技术已经达到国际先进水平，世界最大的年产12万吨无碱池窑拉丝生产线在“十一五”期间建成投产。技术装备技术装备国内复合材料装备水平不断提升，陆续建成一批具有国际先进水平的生产线。国内现有上百套SMC/BMC机组，专用压机线200余条GMTLFTD生产线近几年也有产专用压机线200余条、GMT、LFT-D生产线近几年也有产业化应用，纤维增强塑料粒子注塑成型开始普及，到2010年复合材料机械化成型比重已达69.8%。市场的需求和上述条件成为推动我国复合材料技术发展的根本动力。缠绕拉挤SMC机