環(huán)氧復(fù)材：汽車代鋼材料
環(huán)氧復(fù)合材料：汽車工業(yè)以塑代鋼的理想材料。復(fù)合材料是兩種或兩種以上不同物質(zhì)的組合，它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn)，克服單一材料的缺陷，擴(kuò)大合成材料的應(yīng)用范圍，并提高了該材料的綜合性能。由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點(diǎn)，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域，在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進(jìn)步，生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高，使得玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的價(jià)格成本已被許多行業(yè)接受，但玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料相繼問世，使高分子復(fù)合材料家族更加完備，已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。另外，納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注，納米復(fù)合材料的研究開發(fā)也成為新的熱點(diǎn)。以納米改性塑料，可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變，從而使之具有新的性能，在克服傳統(tǒng)材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時(shí)，大大提高了合成材料的綜合性能。
環(huán)氧復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)非常多。環(huán)氧高性能復(fù)合材料在各行業(yè)應(yīng)用中具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以在幾個(gè)方面：一是充分利用和發(fā)揮了復(fù)合材料各向異性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在更高層次上的材料可設(shè)計(jì)性，按受力狀態(tài)鋪層從而合理地、有效地使用了原材料的性能，減輕了制品的重量，得到非常高的比強(qiáng)度和比模量;二是通過精心設(shè)計(jì)和細(xì)心制作，高度實(shí)現(xiàn)了材料的復(fù)合效應(yīng)，從而充分發(fā)揮了各組成材料的潛在能力，獲得了原材料所沒有的優(yōu)異性能和新用途;三是耐疲勞性和減振性優(yōu)異，即使在已有損傷的情況下也很難觀察到損傷在疲勞下的擴(kuò)展，這是環(huán)氧復(fù)合材料在航空、航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要原因;四是材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料成型和構(gòu)件成型是同時(shí)一次完成、不可分開的;五是由于上述特點(diǎn)，環(huán)氧高性能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制造必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、工藝和模具等方面綜合考慮，并由這幾方面的技術(shù)人員協(xié)調(diào)配合才能完成。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代汽車制造材料的構(gòu)成發(fā)生了較大的變化，高密度材料的比例下降，低密度材料有較大幅度的增加，可以說從90年代開始，汽車材料向輕量化、節(jié)省資源、高性能和高功能方向發(fā)展。
時(shí)下汽車工業(yè)的全球化時(shí)代已經(jīng)來臨，汽車廠家難以在一國范圍內(nèi)完成汽車產(chǎn)業(yè)的全部采購，必然從過去依賴自身生產(chǎn)能力，轉(zhuǎn)向在全球范圍內(nèi)配置資源。在汽車零部件全球采購的背景下，我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的春天來了。而目前受資源和環(huán)境因素的瓶預(yù)制約，輕量、節(jié)能的零部件一直是國際汽車工業(yè)的研究方向。其中，開發(fā)具有較高強(qiáng)度的輕質(zhì)高性能新材料及設(shè)計(jì)新的輕量化結(jié)構(gòu)，必然成為汽車零部件材料的最佳選擇。環(huán)氧玻璃鋼復(fù)合材料因明顯具有輕質(zhì)高強(qiáng)、設(shè)計(jì)自由度大、不銹蝕、成型工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，成為汽車工業(yè)以塑代鋼的理想加工材料。目前，我國越來越多的車型采用了環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料部件，而且作為以塑代鋼的理想材料已被汽車工業(yè)部門逐步認(rèn)識(shí)，盡管手糊成型工藝依然在生產(chǎn)某些汽車零部件領(lǐng)域尚占主導(dǎo)地位，但SMC、RTM、GMT等先進(jìn)材料和工藝的應(yīng)用推廣十分迅速。目前全世界民用復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達(dá)550多萬噸，年產(chǎn)值達(dá)1300億美元以上，若將歐、美的軍事航空航天的高價(jià)值產(chǎn)品計(jì)入，奠產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看，世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長，而亞洲的日本則因經(jīng)濟(jì)一直不景氣，發(fā)展緩慢。
但中國尤其是中國內(nèi)地復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)PPG公司統(tǒng)計(jì)，2000年歐洲的復(fù)合材料壘球占有率約為32%，總年產(chǎn)量約200萬噸。與此同時(shí)，美國復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代則是年年增長，年均增長率約為美國GDP增長率的2倍，為4～6%不等。2000年美國復(fù)合材料的年增長率為4%左右，年產(chǎn)量達(dá)170萬噸左右。美國復(fù)合材料市場(chǎng)的穩(wěn)步增長主要?dú)w功于汽車用復(fù)合材料的迅速增加。復(fù)合材料大量使用在汽車上，并使得美國汽車在全球市場(chǎng)上重新崛起。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟(jì)的整體變化密切相關(guān)，各國的占有率變化很大。中國內(nèi)地自從改革開放以來，復(fù)合材料發(fā)展迅速，年均增長率達(dá)8～9%左右，隨著中國臺(tái)灣地區(qū)電路板生產(chǎn)基地向內(nèi)地遷移，中國內(nèi)地復(fù)合材料市場(chǎng)將會(huì)有更大的發(fā)展，2006年大陸復(fù)合材料總產(chǎn)量可達(dá)185萬噸?！叭芷嚒睍r(shí)代即將來臨。上世紀(jì)80年代后期到90年代末，“全塑汽車”的概念曾經(jīng)在國內(nèi)汽車界轟動(dòng)一時(shí)。北京、山東、浙江、重慶等地的汽車生產(chǎn)廠家，均生產(chǎn)過全環(huán)氧玻璃鋼車身。但基本上是手工糊制，檔次有待提高。東風(fēng)客車公司采用手糊成型工藝生產(chǎn)的一款高速客車的全玻璃鋼車身，每輛消耗玻璃鋼約250公斤;北京汽車玻璃鋼有限公司采用手糊成型工藝生產(chǎn)駕駛室，全車身重量?jī)H600多公斤。
復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的潛在商機(jī)。中國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，給玻璃鋼復(fù)合材料帶來了市場(chǎng)應(yīng)用的潛在商機(jī)。當(dāng)今汽車發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)是產(chǎn)品多樣化、更新快。新的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、新工藝技術(shù)等不斷進(jìn)入汽車行業(yè)，同時(shí)人們個(gè)性化需求日益強(qiáng)烈，致使汽車的更新速度越來越快。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，降低燃油消耗，增加載重量，提高運(yùn)輸效率，對(duì)于汽車工業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。近年來作為新材料前沿的復(fù)合材料逐步替代汽車零部件中的金屬產(chǎn)品，并取得更加經(jīng)濟(jì)和安全的效果。福特汽車目前通過將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋改成模塑件?？捎行д显瓉?1個(gè)金屬部件，而這一款福特車的年產(chǎn)景是20萬輛。生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究表明，玻璃鋼復(fù)合材料是較為科學(xué)、理想的新型汽車零部件材料。在未來開發(fā)節(jié)能、環(huán)保的新車、快速改型換代、小批量投產(chǎn)方面，它將發(fā)揮重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上世紀(jì)90年代歐洲、美國每輛汽車上應(yīng)用的玻璃鋼達(dá)到60公斤到80公斤，而目前我國國內(nèi)每輛汽車上應(yīng)用的玻璃鋼平均還不到10公斤。
當(dāng)前國家產(chǎn)業(yè)政策的不斷調(diào)整，新車型不斷涌現(xiàn)，跨國公司汽車品牌的不斷本土化，零部件全球采購促進(jìn)了我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而且從汽車零部件發(fā)展趨勢(shì)來看，零部件正向著模塊化設(shè)計(jì)方向發(fā)展。零部件模塊化可以大大減少零部件組裝量，有利于增強(qiáng)汽車輪廓的流線性。而玻璃鋼復(fù)合材料無疑為汽車輕量化和模塊化提供了前提條件，并逐步向結(jié)構(gòu)復(fù)雜且大型部件方向拓展，促使汽車零部件開發(fā)和生產(chǎn)成本的進(jìn)一步降低。隨著汽車輕量化的強(qiáng)烈要求，以及總體生產(chǎn)成本下降的需要，將促進(jìn)新型玻璃鋼工藝技術(shù)的發(fā)展與完善。諸如真空輔助成型等新型工藝技術(shù)將在汽車零部件開發(fā)中扮演重要角色。先進(jìn)的產(chǎn)業(yè)化汽車玻璃鋼材料關(guān)鍵成型技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將是以后研究的重要方向。未來的汽車與現(xiàn)在的汽車在很多方面不會(huì)有太大的區(qū)別，但設(shè)計(jì)思想會(huì)有很大不同。當(dāng)今社會(huì)，人們目光的角度已逐漸轉(zhuǎn)到節(jié)能環(huán)保問題上，環(huán)境與能源問題成為世界上每個(gè)國家能否生存和發(fā)展的關(guān)鍵。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高以及各國環(huán)保法規(guī)的相繼出臺(tái)，綠色汽車已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)，因而如何使汽車滿足環(huán)境保護(hù)的要求，便提到了汽車廠商們的議事日程?！耙运艽摗笔菍?shí)現(xiàn)汽車輕量化發(fā)展的有效途徑，而環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料則在塑料行業(yè)中扮演著非常重要的角色，作為未來汽車材料發(fā)展的主流，必將為汽車工業(yè)做出很大貢獻(xiàn)。
