【汽車新材料】碳纖維複合材料汽車車身主要製造工藝

一、未來汽車工業為什麼用複合材料

複合材料可以減輕車身重量，降低油耗，減少尾氣排放，提高裝載量；其抗衝擊性強，能量吸收能力強，可以非常好地改善汽車的安全性能，F1上大量使用碳纖維，就是一個最好的證明；複合材料的可設計性靈活，可視的碳纖維外觀使汽車造型更加美觀時尚；其抗疲勞、耐腐蝕性能好，可以延長車身壽命，這一特點在航空航天領域得到普遍認可。

二、 複合材料在汽車上的應用

複合材料在汽車上主要可應用於發動機罩、翼子板、車頂、行李箱、門板、底盤等結構件中。碳纖維最初主要應於賽車當中，隨著車用複合材料技術地不斷成熟發展，現在也被廣泛地應用於超級跑車和高價值民用轎車上。在商用車應用上，也逐漸從重型卡車中，廣泛地延伸到大巴車和輕型小卡。

1、主承載車身結構件

為了確保足夠的安全性能，在主承載車身結構件上汽車廠商通常要選擇強度，剛性及耐衝擊性能均很高的材料用於製作主承力結構件，這時環氧樹脂碳纖維增強複合材料就成為理想的材料選擇。

環氧樹脂碳纖維增強複合材料具有可設計性，質輕高強，與同體積的鋁合金構件相比減重可達50%，耐衝擊，耐腐蝕，抗疲勞, 材料壽命長，此類材料製作的主承載車身結構件，不僅大大提高了汽車的安全性，而且降低了車重，減少了燃油消耗，提高了經濟性，另外還改善了美觀性。

2、次承力結構件

次承力結構件主要包括：車門，發罩，行李艙門，前後杠，翼子板，擾流板等部件，其結構大都為層合實體結構和複合材料三明治夾心結構。

三明治結構特點：

蒙皮選用高強度高模量材料製作，承受較大的彎曲負荷；芯材選用一定剛度和強度的低密度材料，其抗剪切性能突出，可承受較大的衝擊載荷；膠結層將蒙皮和芯材連接在一起，承受剪切應力；由於選用低密度芯材，重量會進一步降低。

三、用於製作車身結構的主要製造工藝

1、預浸料袋壓/熱壓罐(Autoclave)

該工藝是將纖維預先被樹脂浸潤，製成半固化態材料，過程中纖維和樹脂含量是可控的，採用手工積層，干法操作，易於施工，環境友好。成型製品表面精度高，孔隙率低，品質高，由於採用熱壓罐加壓固化，層間結合緊密，機械強度優。目前是應用最廣泛的工藝，是高端複合材料必備工藝，其材料需要低溫運輸和儲存。

工藝流程：根據鋪層設計和工藝規範在模具上手工逐層干法鋪貼；制袋密封，使其內部處於真空併產生負壓，消除氣泡；送入熱壓罐，在一定的溫度、壓力、時間下固化成型。

2、樹脂傳遞模塑(RTM)

該工藝是將纖維經預成型，預編織處理，纖維鋪放可設計，製品受力合理。預成型纖維體預先鋪放在模具型腔內，合模後通過設備用壓力將樹脂注入模腔，浸潤纖維，固化成型，閉模操作，不污染環境，採用多模，多工位機械注射模式，生產效率高。需要樹脂灌注設備及多套模具，適於中等至大批量生產方式，製品雙面光，尺寸精度高，可做結構複雜零件及鑲件。

3、真空灌注/固化爐(Infusion) 在該工藝中，樹脂在真空負壓的作用下，被吸入型腔，浸潤纖維，比手糊樹脂用量可減少20%，可精確控制製品的含膠量，產品性能得到改善,如無氣泡, 孔隙率降低，力學性能得到保證, 厚度均勻,重量輕等。均勻施壓, 產品性能一致，加快積層速率,提高生產效率，特別適於製作底盤，頂板，門板，發罩等部件。產品在封閉狀態下成型, 減少揮發物對人體的傷害，降低勞動量及勞動強度。

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