微课堂：高性能复合材料在汽车中应用（现场实录）

5、热塑性复合材料汽车应用

这几年，在复合材料领域，热塑性复合材料也备受关注。

（1）有机板混合结构包覆成型工艺

未来两年内，复合材料有机板（Organosheet）混合结构技术将在汽车结构部件的量产化应用中实现突破。目前，至少有两家材料供应商，即巴斯夫和朗盛，以及两家机器供应商，即恩格尔和克劳斯玛菲，正走在该技术开发的最前沿。

采用全塑料的“有机板混合结构”取代汽车中的塑料-金属的“混合”结构。新的工艺直接在连续板材的基础上，预成型，然后包覆成型，代替过去在金属预成型件的基础上通过包覆成型，加上加强筋。恩格尔和克劳斯玛菲都是采用尼龙6热塑性树脂层纤维织物压板（热成型），在加上尼龙6（加或者不加纤维增强）包覆成型。材料厂家是德国Bond-Laminates的Tepex有机板，以及朗盛的尼龙包覆成型颗粒料。恩格尔称之为：Organomelt工艺，克劳斯玛菲则称之为FiberForm工艺。包覆成型的混合结构工艺不仅仅可以对热塑性适用，也可以用于热固性的复合材料混合部件，参见图7。

“有机板（Organosheet）”的混合结构部件成型工艺的生产流程是：首先加热一个用PA6连续纤维增强有机板，然后将其放入注塑模具中，热成型出一个三维形状，并用另外的PA6树脂（未填充的或者是玻璃纤维增强的）对其进行包覆成型。在某些情况下，在将板坯放入注塑模具中前，先对其进行热成型。

如果采用热塑性复合材料混合结构，主要市场将是汽车内饰，包括座椅部分的组件、门侧防撞梁、汽车横向悬架梁、刹车踏板、转向柱支架、安全气囊组件和前端组件等。如果改成热固性的复合材料混合结构，可以用于结构件或者次结构件。但是，目前国外还很少有针对汽车领域的热固性的复合材料混合结构包覆成型的研究和应用。

在K 2010展会中，恩格尔和克劳斯玛菲这两家公司都第一次在两个复杂的成型单元中证明了这项技术。当时，恩格尔成型了一个转向柱支架，而克劳斯玛菲则成型了一个门侧防撞梁。两家公司均采用了德国Bond-Laminates公司（最近已被朗盛收购）提供的Tepex复合材料板材，并采用朗盛的尼龙材料对该组件进行包覆成型。将有机板放到300℃的加热炉中预热30～40s，然后将加热后的板材送入注塑模具中。闭合模具，对该板材进行预成型, 接着从其上方将另外的尼龙材料注入到特定区域。按加热炉能力的不同，整个循环时间从33s到55s。

（2）热塑性树脂传递模塑成型工艺

作为热塑性复合材料技术的下一发展目标，己内酰胺单体在模内聚合为PA6的技术正在推进之中。该技术允许采用低黏度的己内酰胺浸润放于模具中的干纤维，经反应后可在线形成一种尼龙基的复合材料。

巴斯夫与西格里集团正在联合开发一种基于反应性尼龙系统和碳纤维的复合材料，以实现热塑性复合材料的低成本生产。该材料体系是为T-RTM工艺（热塑性树脂传递模塑成型工艺）以及反应注射成型工艺而准备的，以获得比传统热固性RTM工艺更短的生产循环时间。为适应这些更快速加工技术的要求而对材料系统的调整，将在采用碳纤维复合材料制成的结构部件进入汽车量产化应用的过程中发挥重要作用。己内酰胺在线聚合为尼龙6的机器系统正由恩格尔在进行开发。

6、回收

在日本、欧洲、美国等市场经济高度发达的国家, 报废汽车与废旧家电回收处理的管理都严格。除了对回收拆解企业进行门槛的规定外，还要求制造商担负起对汽车的报废回收负责。因此制造商做研发时就必须考虑产品的可回收利用性，以保证上万个零部件都易于再生循环使用。目前欧洲出售的所有车型均满足可再利用性的型式认证要求。

在2013中国汽车回收利用国际论坛上，工信部介绍称，《汽车产品限制使用有害物质和可回收利用率管理办法》已达成行业共识，正处于部委内部征求意见阶段，有望于近期发布。《管理办法》分阶段提出汽车产品可回收利用率的指标要求，确保法规施行之日起，M1类、N1类汽车新车型的可回收利用率要达到90%，其中可再利用率达到80%。两年内，M1类、N1类汽车新车型的可回收利用率要达到95%，可再利用率不低于85%。

平均，目前复合材料占整车重量的6%，都尚未考虑复合材料的回收，因为各个国家和地区的可回收利用率一般要求在85%左右。但是这个问题会越来越重要，因为复合材料的渗透率越来越高，而且可回收利用率的比率也越来越高。很多产业集中在回收汽车上的金属和钢材，但是回收复合材料的相关产业尚待发展。复合材料回收或者再利用的难易和纤维以及树脂的类型有关。

7、综合

汽车复合材料的发展，结合了化工、机械制造以及汽车复合材料设计，从经济结构来看，最新突破应该源于德国。德国的工业结构结合了大多数的豪华汽车和高端车，另外朗盛、巴斯夫等世界顶级化工企业以及精密的机械制造厂家，例如迪芬巴赫公司和克劳斯玛菲等。随着碳排放法规的不断临近，复合材料在汽车行业的突破会在2015年以后时间，欧洲汽车行业也会是先进材料的倡导者和先行者。热塑性复合材料和热固性复合材料不存在谁替代谁的问题，因为他们的各方面的性能都有所差异，快速成型和自动化都是共同的发展方向。最终汽车结构的优化一定是和金属类似，建筑在多材料体系基础上的混合结构，例如包覆模塑工艺成型的部件。

个人认为，目前汽车领域需要关注三家公司，一个是TESLA，一个是BMW，另外一个是GOOGLE。