碳(tan)(tan)纖(xian)維(wei)復(fu)合(he)材料(liao)(liao)（CFRP）具有(you)高(gao)強度(du)(du)、高(gao)剛度(du)(du)、高(gao)斷裂韌性、耐腐(fu)蝕、高(gao)阻(zu)尼等(deng)特(te)點(dian)，可大幅提(ti)高(gao)汽車(che)(che)(che)服(fu)役壽命、燃(ran)油效率和安全舒(shu)適(shi)性，已被(bei)公(gong)認(ren)為汽車(che)(che)(che)工業(ye)領域最(zui)理(li)想的(de)輕量化材料(liao)(liao)。但由于傳統復(fu)合(he)材料(liao)(liao)成(cheng)型(xing)(xing)工藝(yi)來源(yuan)于品種(zhong)多(duo)、批量小、高(gao)成(cheng)本(ben)生產的(de)航空(kong)工業(ye)，為了滿足車(che)(che)(che)用(yong)CFRP 對高(gao)效率、低成(cheng)本(ben)、規模化、自(zi)動(dong)化制造技(ji)術的(de)迫切需(xu)求(qiu)，國際主流車(che)(che)(che)企結合(he)車(che)(che)(che)身(shen)部件設計靈活(huo)、厚薄(bo)不(bu)(bu)均(jun)、復(fu)雜(za)程度(du)(du)地(di)不(bu)(bu)同的(de)具體特(te)點(dian)，開發了眾多(duo)差(cha)異化的(de)新型(xing)(xing)快(kuai)速(su)成(cheng)型(xing)(xing)工藝(yi)，以(yi)實(shi)現最(zui)小碳(tan)(tan)纖(xian)維(wei)用(yong)量下最(zui)大程度(du)(du)地(di)發揮復(fu)合(he)材料(liao)(liao)功效的(de)目的(de)。

本文通過與高(gao)強鋼、鋁合(he)(he)金、鎂合(he)(he)金等其他先進輕質材(cai)料(liao)的對比(bi)，介紹(shao)了(le)碳(tan)纖維復合(he)(he)材(cai)料(liao)在使用性能上的多樣(yang)化(hua)特點及顯著優勢；并結合(he)(he)車用碳(tan)纖維復合(he)(he)材(cai)料(liao)部件典(dian)型應用案例(li)，分析(xi)了(le)當(dang)前(qian)最具發展潛力的差異(yi)化(hua)快速成(cheng)型工(gong)藝。

碳纖維增強(qiang)樹脂(zhi)基復合(he)材料具有(you)輕質高強(qiang)、高斷(duan)裂韌性(xing)(xing)、耐(nai)腐蝕(shi)、可設(she)計性(xing)(xing)強(qiang)、易(yi)成型、減振阻尼(ni)性(xing)(xing)能好等一系列優(you)點(dian)，既能夠滿足(zu)部件剛強(qiang)度、輕量(liang)化的設(she)計要求，在車輛安(an)全性(xing)(xing)上也具有(you)明顯優(you)勢。目(mu)前，CFRP已成為繼高強(qiang)鋼、鋁合(he)金、鎂合(he)金、工(gong)程塑料和玻璃纖維復合(he)材料后汽車工(gong)業領(ling)域最流行、最具發展(zhan)潛力的輕量(liang)化新材料。

1 車(che)用CFRP性(xing)能(neng)

從目前(qian)國內外輕量化(hua)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)現狀和發展趨勢來看，盡管高(gao)強(qiang)(qiang)鋼仍是(shi)現階段應(ying)用最普遍、最成熟的(de)(de)(de)汽車輕量化(hua)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，暫時不(bu)會被(bei)取代，鋁(lv)合金(jin)、鎂合金(jin)、工程塑(su)料(liao)(liao)及GFRP等的(de)(de)(de)應(ying)用也呈現逐漸增長的(de)(de)(de)趨勢，但CFRP在輕質高(gao)強(qiang)(qiang)高(gao)模、抗沖擊性(xing)(xing)、減震隔(ge)音(yin)性(xing)(xing)能、耐(nai)蝕性(xing)(xing)等方(fang)面所具(ju)有的(de)(de)(de)顯著優勢是(shi)其他材(cai)(cai)料(liao)(liao)不(bu)可比擬的(de)(de)(de)。

1.1輕質高(gao)強高(gao)模

CFRP由碳(tan)纖(xian)維增強相與樹脂基體組(zu)成，具有輕(qing)質(zhi)、高強、高模的特點(dian)。其密度為1.5~2g/cm3，約為高強鋼(gang)的1/4、鋁合金的2/3，與GFRP、鎂合金相當(dang)。

根(gen)據統(tong)計，在(zai)不(bu)改變部件外形(xing)、結(jie)構和(he)功(gong)能(neng)的前(qian)提下，采用(yong)不(bu)同(tong)的輕(qing)量(liang)化(hua)材料，鋁合金、鎂合金部件分別比高強鋼部件減重(zhong)40%和(he)49%，準各向同(tong)性CFRP和(he)單向織物CFRP的減重(zhong)百(bai)分比則可(ke)達到52%和(he)76%。可(ke)見，CFRP的減重(zhong)效果(guo)顯著，如果(guo)結(jie)合優(you)化(hua)結(jie)構設計方案，則可(ke)獲得更好(hao)的輕(qing)量(liang)化(hua)效果(guo)。

CFRP的拉伸(shen)強度(du)和拉伸(shen)模量(liang)(liang)受到(dao)纖(xian)維種類、用量(liang)(liang)、形態、鋪層方(fang)式(shi)以及樹脂等多方(fang)面因素的影響，表現不(bu)一而足(zu)。整體上(shang)講，拉伸(shen)強度(du)、拉伸(shen)模量(liang)(liang)，特別是(shi)比強度(du)和比模量(liang)(liang)都比金屬材(cai)料(liao)顯著提高，是(shi)CFRP的核心性能優勢。

CFRP的比(bi)強(qiang)(qiang)度(du)、比(bi)模量(liang)比(bi)合金(jin)材(cai)料高(gao)出數倍，表現(xian)突(tu)出。特別是(shi)連續纖維(wei)(wei)(wei)CFRP，由于力(li)學性(xing)(xing)(xing)能(neng)的各向異性(xing)(xing)(xing)特點(dian)突(tu)出，沿纖維(wei)(wei)(wei)方(fang)向強(qiang)(qiang)度(du)最大，而垂(chui)直(zhi)于纖維(wei)(wei)(wei)方(fang)向強(qiang)(qiang)度(du)最小，屬薄弱(ruo)環節。因此(ci)，需要根據承載特性(xing)(xing)(xing)對纖維(wei)(wei)(wei)取向進行(xing)特別設計(ji)。

1.2耐沖擊性好且斷裂韌性高

CFRP的(de)(de)高(gao)強(qiang)度(du)、高(gao)剛度(du)特點也決定(ding)了(le)在造成相(xiang)同(tong)程(cheng)度(du)的(de)(de)變形甚至斷裂破(po)壞時，CFRP部件能(neng)(neng)夠比(bi)其(qi)他材料部件從(cong)外界吸(xi)收(shou)更多的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)。CFRP碰撞過程(cheng)中的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)吸(xi)收(shou)率是鋼和鋁合金的(de)(de)4~5倍，即CFRP具有(you)更高(gao)的(de)(de)斷裂韌性。一些跑車的(de)(de)最(zui)前端的(de)(de)吸(xi)能(neng)(neng)區(qu)采用(yong)CFRP尖塔式潰縮(suo)柱(zhu)，其(qi)由(you)無(wu)數根碳纖(xian)維束編織而(er)成，不僅具有(you)極(ji)高(gao)的(de)(de)強(qiang)度(du)，而(er)且當承受正面(mian)撞擊(ji)時，CFRP潰縮(suo)柱(zhu)能(neng)(neng)夠通過破(po)碎成無(wu)數細小碎片的(de)(de)方式吸(xi)收(shou)大量(liang)撞擊(ji)能(neng)(neng)量(liang)，提高(gao)了(le)車輛的(de)(de)安全(quan)性。

同時(shi)，這種破壞形式(shi)(shi)類似于鋼(gang)化玻璃，能(neng)夠有效避(bi)免大尺寸CFRP部(bu)件可能(neng)對(dui)人體造成的致命性(xing)(xing)傷害，進一(yi)步提高了乘坐安全性(xing)(xing)。另外，CFRP部(bu)件在柱式(shi)(shi)撞擊和側面(mian)撞擊中，即(ji)使局部(bu)承受較(jiao)重的點式(shi)(shi)力量(liang)也不(bu)會凹陷，同樣表現出了較(jiao)高的碰撞安全性(xing)(xing)和結構可靠性(xing)(xing)。而同為復合材料(liao)的GFRP部(bu)件，由于模量(liang)較(jiao)低、耐疲勞性(xing)(xing)能(neng)較(jiao)差、吸能(neng)性(xing)(xing)不(bu)強(qiang)等因素(su)，安全性(xing)(xing)不(bu)夠理想。

1.3 減(jian)振降噪性能

汽車(che)行(xing)駛過程中噪聲(sheng)來源復雜，根據(ju)來源不同，最主要(yao)(yao)的(de)(de)4種噪聲(sheng)分別是車(che)身結構噪聲(sheng)、輪胎噪聲(sheng)（胎噪）、發動機噪聲(sheng)（機噪）和氣(qi)動噪聲(sheng)。因此，為提升(sheng)乘坐舒(shu)適性，從汽車(che)部(bu)件的(de)(de)角度來講，一(yi)方(fang)面要(yao)(yao)減少部(bu)件自(zi)身及部(bu)件間的(de)(de)振(zhen)(zhen)動，另(ling)一(yi)方(fang)面要(yao)(yao)實現(xian)對外(wai)部(bu)噪聲(sheng)的(de)(de)有效隔(ge)離。材料的(de)(de)自(zi)振(zhen)(zhen)頻(pin)(pin)率(lv)與其比(bi)模(mo)(mo)量的(de)(de)平(ping)方(fang)根成(cheng)正比(bi)，CFRP具有較高的(de)(de)比(bi)模(mo)(mo)量，因此材料本身的(de)(de)自(zi)振(zhen)(zhen)頻(pin)(pin)率(lv)也相對較高；而車(che)身各(ge)部(bu)位的(de)(de)振(zhen)(zhen)動模(mo)(mo)態與部(bu)件結構、材料性能和連接(jie)摩(mo)擦等都有密切關系。

汽車(che)車(che)身各部位的(de)模態數均在40~90Hz，避開了動力總(zong)成(cheng)的(de)頻率段20~28Hz，有效(xiao)減(jian)少了部件的(de)振(zhen)動，降低(di)了車(che)身結(jie)構噪(zao)聲(sheng)。同(tong)時，CFRP中樹(shu)脂(zhi)高分子(zi)鏈的(de)粘彈性(xing)與(yu)纖維-樹(shu)脂(zhi)界面間的(de)相(xiang)互作用(yong)也(ye)表現出了明顯的(de)阻尼效(xiao)應，使材(cai)料更有效(xiao)地(di)吸收振(zhen)動能量，振(zhen)動迅速衰減(jian)。對比(bi)相(xiang)同(tong)尺寸(cun)、相(xiang)同(tong)形狀的(de)鋁合(he)科技導報(bao)中金梁和(he)碳纖維復合(he)材(cai)料梁的(de)振(zhen)動測(ce)試結(jie)果，前者需要9s停止振(zhen)動，而(er)后(hou)者只(zhi)需2.5s。

優(you)異的阻尼(ni)特性使各種噪(zao)聲被(bei)更好的隔絕(jue)在外(wai)，實現了(le)對噪(zao)聲的有效(xiao)屏(ping)蔽。當然(ran)，CFRP部件表現出的阻尼(ni)特性有著(zhu)非常(chang)復(fu)雜的機理，車輛減振(zhen)降噪(zao)也是一個浩大(da)的系統工(gong)程(cheng)，需要材料選擇(ze)、結構設計、車體密封等多方面的相互配(pei)合。

1.4耐腐(fu)蝕性能(neng)

鋁合(he)金表面(mian)在使用時(shi)能(neng)夠形(xing)成一層致密的(de)氧化物薄膜，使其(qi)相(xiang)比于高強鋼(gang)和鎂合(he)金具有(you)更強的(de)耐腐蝕性(xing)。因(yin)此許多情況(kuang)下，暴(bao)露在大氣(qi)中(zhong)的(de)鋁合(he)金不需要(yao)(yao)進行(xing)(xing)表面(mian)處理就(jiu)可以(yi)使用，而高強鋼(gang)和鎂合(he)金需要(yao)(yao)進行(xing)(xing)噴(pen)漆、電(dian)鍍等表面(mian)防護。但(dan)是(shi)鋁合(he)金的(de)耐電(dian)化學腐蝕能(neng)力較差，耐酸性(xing)不如鋼(gang)。可以(yi)說，傳(chuan)統(tong)的(de)輕量化合(he)金材料的(de)耐腐蝕性(xing)各有(you)長短，都不是(shi)全能(neng)型材料。

而(er)CFRP具有優(you)異的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)海水(shui)、耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)鹽(yan)霧(wu)、耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)機械摩(mo)擦等(deng)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)候性(xing)能(neng)，及(ji)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)酸堿、耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)有機溶劑、耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)工業廢氣(qi)(qi)等(deng)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)化學介質性(xing)性(xing)能(neng)，能(neng)夠勝任酸雨、鹽(yan)霧(wu)等(deng)惡劣(lie)氣(qi)(qi)候及(ji)大(da)氣(qi)(qi)污(wu)染條件下的(de)服役環境(jing)。CFRP較傳(chuan)統的(de)輕量化金屬(shu)材料(liao)具有更為(wei)優(you)異的(de)耐(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)(nai)腐蝕性(xing)能(neng)，這也是選擇碳纖維復合(he)材料(liao)制造車身(shen)覆(fu)蓋件的(de)重要(yao)考慮。

除(chu)此(ci)(ci)之外(wai)，也要(yao)考慮碳纖維復合材(cai)料(liao)中的(de)高聚物可(ke)以(yi)在紫外(wai)線(xian)的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)下，吸收(shou)光量子，而引發(fa)(fa)氧對材(cai)料(liao)表(biao)面(mian)基體(ti)(ti)樹脂(zhi)的(de)破壞作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，即發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)光氧老化；在可(ke)見光和紅外(wai)線(xian)的(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)下，高聚物也可(ke)以(yi)吸收(shou)能量而放熱，促進氧化反應的(de)進行，即發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)熱養老化。因此(ci)(ci)，有必要(yao)通過改善樹脂(zhi)基體(ti)(ti)耐候性、表(biao)面(mian)涂漆(qi)、粘貼(tie)保護膜(mo)等方(fang)式對CFRP進行保護。

2 車用CFRP快速成型工藝

傳統汽車(che)工(gong)業采用鋼板、鋁合金(jin)板材制(zhi)造零(ling)部(bu)件(jian)時，沖(chong)壓(ya)(ya)生(sheng)(sheng)產線每分鐘(zhong)可沖(chong)壓(ya)(ya)零(ling)部(bu)件(jian)10~14個，8h產能可以(yi)達到6000個，制(zhi)造高效(xiao)快速。而傳統的(de)CFRP成型工(gong)藝來源于多(duo)品種、小批量、高成本生(sheng)(sheng)產的(de)航空(kong)航天軍工(gong)領域(yu)，其普(pu)遍(bian)采用熱壓(ya)(ya)罐等小規(gui)模(mo)生(sheng)(sheng)產技術，一個常規(gui)環氧(yang)類CFRP部(bu)件(jian)的(de)完(wan)整固化周期通常大于4 h，實施(shi)周期長、生(sheng)(sheng)產效(xiao)率低，無(wu)法滿足車(che)用CFRP對高效(xiao)率、低成本、規(gui)模(mo)化、自動化制(zhi)造技術的(de)迫切需求。

因此，為實現最(zui)(zui)小碳纖維用(yong)量下最(zui)(zui)大程度發(fa)揮CFRP功(gong)效的(de)目的(de)，國際主流車企(qi)結合車身部件(jian)設計靈活、厚薄不均(jun)、復雜(za)程度不同的(de)具體(ti)特(te)點(dian)，在(zai)原有(you)常規復合材料成型(xing)工(gong)藝(yi)基礎上(shang)重點(dian)開(kai)發(fa)了眾多差異化的(de)新型(xing)快速(su)成型(xing)工(gong)藝(yi)。

目前，汽(qi)車工(gong)業(ye)領域最具應(ying)用潛力的CFRP成(cheng)型工(gong)藝包括快速(su)(su)RTM 成(cheng)型工(gong)藝、預浸料(liao)快速(su)(su)模(mo)(mo)壓成(cheng)型工(gong)藝、片狀模(mo)(mo)塑(su)料(liao)和長(chang)纖維增強(qiang)熱(re)塑(su)性樹脂復(fu)合材(cai)料(liao)等。

2.1快(kuai)速RTM成型工(gong)藝

RTM成(cheng)型(xing)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是最(zui)主要的(de)(de)(de)液體(ti)(ti)模塑成(cheng)型(xing)技術，它成(cheng)型(xing)周期短、制品纖維含量高(gao)、表(biao)面光潔(jie)度(du)(du)好、尺寸精度(du)(du)高(gao)。由于無需使用預浸(jin)料和熱(re)壓罐，RTM工(gong)(gong)藝(yi)(yi)成(cheng)本相對(dui)較低(di)，在航空工(gong)(gong)業領(ling)域，被廣(guang)泛(fan)應(ying)用于生(sheng)產大型(xing)結構(gou)件。但(dan)傳統(tong)RTM工(gong)(gong)藝(yi)(yi)從(cong)纖維鋪放(fang)、樹(shu)脂(zhi)注入、浸(jin)漬(zi)、固化，到最(zui)終脫(tuo)模，總時長在2h以上，難(nan)以滿足現代(dai)汽車工(gong)(gong)業對(dui)快速(su)(su)制造技術的(de)(de)(de)需求。因此，快速(su)(su)RTM技術不僅(jin)是目(mu)前(qian)大型(xing)復雜結構(gou)CFRP部(bu)件一體(ti)(ti)化成(cheng)型(xing)的(de)(de)(de)首選，也是未(wei)來車用CFRP成(cheng)型(xing)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)發展方向。高(gao)壓RTM是通過增大注射壓力提升(sheng)注射速(su)(su)度(du)(du)的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)方法。

采用該工藝注(zhu)射(she)(she)(she)壓(ya)力(li)能(neng)夠達(da)到幾千兆帕，保證了(le)較高的合模速(su)度和壓(ya)制速(su)度，大(da)大(da)縮(suo)短(duan)部件成型(xing)時(shi)間，提高了(le)工藝效(xiao)能(neng)。同時(shi)，增大(da)壓(ya)力(li)能(neng)夠促使(shi)樹(shu)脂快速(su)充滿模腔，提高纖維樹(shu)脂浸(jin)潤度，減少樹(shu)脂注(zhu)射(she)(she)(she)次(ci)數，促進(jin)(jin)空氣(qi)排出，降低(di)成品孔隙率，從而實現卓越的表(biao)面性能(neng)。如同時(shi)選(xuan)擇注(zhu)入低(di)黏度樹(shu)脂體系(xi)或低(di)黏度反(fan)應性混合物料體系(xi)，注(zhu)射(she)(she)(she)速(su)度能(neng)夠進(jin)(jin)一步提高；通過高壓(ya)計量技術對反(fan)應物料進(jin)(jin)行(xing)精確計量，也能(neng)夠縮(suo)短(duan)注(zhu)射(she)(she)(she)時(shi)間。

另外，由于CFRP制品(pin)結構和性(xing)能(neng)可設計性(xing)強，當(dang)HP-RTM應用于大(da)(da)型(xing)復雜結構部件(jian)的(de)制造時優(you)勢更加明顯，不(bu)僅可以在5min以內實現部件(jian)的(de)一體化成型(xing)，而且能(neng)夠大(da)(da)幅減少(shao)零(ling)部件(jian)和緊(jin)固件(jian)數量，簡化連(lian)接和裝配(pei)，極大(da)(da)減少(shao)了(le)生(sheng)產過程的(de)能(neng)源消耗，降(jiang)低了(le)生(sheng)產成本。

汽車車身的(de)CFRP 部(bu)(bu)件大量(liang)采用HP-RTM技(ji)術(shu)生產(chan)(chan)，工廠為(wei)每臺(tai)3000 t液(ye)壓機配備2臺(tai)HP-RTM注射單(dan)元(yuan)，當自(zi)動(dong)化生產(chan)(chan)線(xian)將碳(tan)纖維預制件準確放入(ru)鋼模(mo)并閉模(mo)后，HP-RTM單(dan)元(yuan)可以借助高壓向模(mo)具中(zhong)注入(ru)樹脂，并在5 min內(nei)完成(cheng)環氧樹脂的(de)固化[9]。HP-RTM技(ji)術(shu)的(de)使用使CFRP零(ling)部(bu)(bu)件數量(liang)比傳(chuan)統的(de)金屬零(ling)部(bu)(bu)件數量(liang)減少了2/3，僅約(yue)為(wei)150個。

2.2 PCM成型工(gong)藝

模壓成型(xing)(xing)是(shi)將沖(chong)壓后(hou)的(de)CFRP半(ban)成品(pin)預先放入模具(ju)，然后(hou)加(jia)熱加(jia)壓使其成型(xing)(xing)固(gu)化的(de)成型(xing)(xing)方式。其中，熱壓前的(de)成型(xing)(xing)坯料是(shi)能否(fou)實(shi)現(xian)快速制造的(de)關鍵。

近年來(lai)，預浸料因(yin)具有精確的(de)纖維、樹脂配比而被越(yue)來(lai)越(yue)廣泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。而PCM成(cheng)(cheng)型工(gong)(gong)藝作(zuo)為一種理想的(de)CFRP罐外(wai)熱(re)壓(ya)工(gong)(gong)藝，不僅能(neng)夠大幅縮短(duan)成(cheng)(cheng)型周期、提高生產效率，具有制(zhi)(zhi)品尺(chi)寸精度高、表面光潔度好(hao)、生產成(cheng)(cheng)本相(xiang)對較低、容易實(shi)現復雜結構件的(de)一次(ci)成(cheng)(cheng)型等特(te)點，同時(shi)，由于制(zhi)(zhi)品內(nei)纖維取向(xiang)性好(hao)，因(yin)此制(zhi)(zhi)品的(de)強度、剛度相(xiang)對較高，已成(cheng)(cheng)為車(che)用(yong)CFRP的(de)重要成(cheng)(cheng)型工(gong)(gong)藝。

快(kuai)速固化PCM 成(cheng)型(xing)工(gong)藝，采用60kP330和(he)50kWCF這2種(zhong)大絲束碳纖維的預(yu)浸料，希望得到與小(xiao)絲束CFRP類似的良好加工(gong)性、優異力學性能(neng)及高產能(neng)。PCM工(gong)藝應用到了汽車后備箱(xiang)門的制造(zao)上，重(zhong)量僅為鋁合金產品的1/2，而(er)成(cheng)型(xing)周(zhou)期縮短到約10min，可用于CFRP汽車部件(jian)的量產。

熱(re)塑(su)性(xing)CFRP預(yu)浸(jin)料(liao)快速熱(re)壓(ya)成型工(gong)藝，實現了連續纖(xian)維紗/織物(wu)薄膜疊層熔融預(yu)浸(jin)工(gong)藝的連續化作(zuo)業，用于奇瑞汽車某車型保險杠的量產，成型效(xiao)率達到每小(xiao)時8件(jian)，產品質量滿足(zu)安全碰(peng)撞標(biao)準。

2.3 其他成型工藝(yi)

RTM成(cheng)(cheng)型(xing)工藝(yi)對模具制造精度(du)要求高(gao)、模具制作(zuo)周期長且價格較高(gao)，而預浸料的材(cai)料加(jia)工、運輸成(cheng)(cheng)本較高(gao)，模具的成(cheng)(cheng)本也不低，因此這2種成(cheng)(cheng)型(xing)工藝(yi)前期投入(ru)較大。因此，其他的復合材(cai)料成(cheng)(cheng)型(xing)工藝(yi)，如片狀模塑(su)料模壓(ya)成(cheng)(cheng)型(xing)工藝(yi)、長碳纖維增強熱(re)塑(su)性(xing)材(cai)料注塑(su)成(cheng)(cheng)型(xing)工藝(yi)也得到了較為廣(guang)泛的應用。

2.4 SMC模壓成(cheng)型工藝

SMC由(you)樹脂糊浸漬纖維或短切纖維氈(zhan)(zhan)，兩面(mian)覆蓋(gai)聚乙烯薄(bo)膜而制(zhi)成的(de)(de)(de)片狀模(mo)壓料(liao)，屬于(yu)預(yu)浸氈(zhan)(zhan)料(liao)范圍。SMC成型(xing)效率高(gao)、產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)表面(mian)光潔度好、外形(xing)尺(chi)寸穩定性好，且成型(xing)周期短、成本低，適合(he)大批量生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)，適合(he)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)截面(mian)變化(hua)不太(tai)大的(de)(de)(de)薄(bo)壁制(zhi)品，在(zai)GFRP汽車部件生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)領域已(yi)得到廣泛應用。

目前，在車用(yong)CFRP成(cheng)型工藝(yi)方(fang)面(mian)，SMC主(zhu)要(yao)用(yong)于片狀短(duan)切纖(xian)維(wei)(wei)復合材料(liao)的(de)生產，由于纖(xian)維(wei)(wei)的(de)非(fei)連(lian)續性(xing)(xing)(xing)，制(zhi)品強度(du)不高，且強度(du)具有(you)面(mian)內各向(xiang)同性(xing)(xing)(xing)特點。而(er)碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)在樹脂糊中的(de)潤(run)(run)濕(shi)性(xing)(xing)(xing)是SMC工藝(yi)面(mian)臨的(de)重要(yao)課題，通過對碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)進行必(bi)要(yao)的(de)表(biao)面(mian)處理(li)，并采用(yong)適當(dang)的(de)潤(run)(run)濕(shi)分散劑能(neng)夠有(you)效(xiao)提高碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)在樹脂糊中的(de)潤(run)(run)濕(shi)性(xing)(xing)(xing)和(he)均勻性(xing)(xing)(xing)。碳(tan)纖(xian)維(wei)(wei)SMC也在汽車工業領域獲得了不少應(ying)用(yong)。CFRP主(zhu)要(yao)用(yong)于車門和(he)風擋(dang)結構的(de)制(zhi)造。

車的風擋強(qiang)(qiang)度較(jiao)原有(you)車型(xing)有(you)較(jiao)大提升。新型(xing)車門(men)在(zai)重量(liang)下(xia)降的前提下(xia)強(qiang)(qiang)度有(you)所提升，車門(men)下(xia)垂量(liang)得(de)到了很好的控(kong)制。

很(hen)多(duo)制造商也開(kai)展了SMC方面的大量研究(jiu)，并將(jiang)CFRP應(ying)用于尾門、新能源車電(dian)池箱蓋(gai)、發動機(ji)罩、后頂(ding)蓋(gai)、前機(ji)艙(cang)蓋(gai)等(deng)汽車外覆(fu)蓋(gai)件上(shang)。

2.5 LFT 注(zhu)塑成型工藝

除了熱(re)固(gu)性樹脂(zhi)(zhi)和(he)碳(tan)纖維(wei)(wei)織物、連續纖維(wei)(wei)以外，熱(re)塑(su)性樹脂(zhi)(zhi)和(he)非連續碳(tan)纖維(wei)(wei)在汽(qi)車(che)領域(yu)也有不少應用。LFT成(cheng)(cheng)型(xing)工(gong)藝(yi)具(ju)有優異的成(cheng)(cheng)型(xing)加工(gong)性成(cheng)(cheng)型(xing)率高、成(cheng)(cheng)品(pin)率高，且設備相(xiang)(xiang)對簡單、工(gong)藝(yi)成(cheng)(cheng)本較(jiao)低，制(zhi)品(pin)內(nei)部(bu)由于(yu)纖維(wei)(wei)長(chang)度(du)(du)(du)較(jiao)長(chang)而(er)形成(cheng)(cheng)骨架結(jie)構，使得(de)制(zhi)品(pin)具(ju)有較(jiao)好的抗沖(chong)擊性和(he)剛度(du)(du)(du)，因(yin)此LFT制(zhi)品(pin)可用于(yu)受(shou)力(li)較(jiao)大的車(che)體(ti)部(bu)件。LFT已(yi)經在汽(qi)車(che)車(che)身上(shang)獲得(de)了廣泛應用，也是具(ju)有很大應用潛力(li)的成(cheng)(cheng)型(xing)工(gong)藝(yi)。碳(tan)纖維(wei)(wei)增強(qiang)尼龍(long)6的LFT復合材料與鋁合金(jin)、高強(qiang)鋼相(xiang)(xiang)比(bi)，比(bi)模量相(xiang)(xiang)當、比(bi)強(qiang)度(du)(du)(du)高出50%~250%，在汽(qi)車(che)次(ci)承(cheng)力(li)結(jie)構件的制(zhi)造(zao)方面具(ju)有相(xiang)(xiang)當的競爭。

3 分析(xi)與討論

目前，CFRP已經被用于汽(qi)車(che)(che)發動機系(xi)統的(de)(de)連桿、搖(yao)臂油箱(xiang)底殼，傳(chuan)動系(xi)統的(de)(de)傳(chuan)動軸、減(jian)速器，制動系(xi)統的(de)(de)剎車(che)(che)片，底盤(pan)系(xi)統的(de)(de)橫(heng)縱梁、支架、輪轂、板簧，車(che)(che)身系(xi)統的(de)(de)四門兩蓋、散熱器罩、保險杠(gang)、底板、門窗框(kuang)架等(deng)部(bu)件。應用車(che)(che)型也已經從早期的(de)(de)F1賽車(che)(che)、超級跑車(che)(che)、高端車(che)(che)、概念車(che)(che)等(deng)定制車(che)(che)型，發展到標(biao)準化量產車(che)(che)型。

如前(qian)所述，RTM與PCM 2種成(cheng)型工藝(yi)(yi)的(de)初期投入較(jiao)大(da)，而SMC和LFT是目前(qian)GFRP汽車(che)部件常(chang)用(yong)(yong)的(de)成(cheng)型工藝(yi)(yi)，因此從硬(ying)件條(tiao)件和現有(you)基礎方面講(jiang)，后兩者似(si)乎更(geng)加便(bian)利(li)。但(dan)幾種成(cheng)型工藝(yi)(yi)的(de)適用(yong)(yong)部件存在(zai)較(jiao)大(da)差別，RTM和PCM制(zhi)品由(you)于(yu)具有(you)較(jiao)好的(de)纖維取(qu)向，剛強度(du)等力學性能更(geng)好，更(geng)適合(he)制(zhi)造鋼制(zhi)車(che)身(shen)上的(de)大(da)型鈑金結構和框(kuang)架(jia)結構件，如車(che)身(shen)框(kuang)架(jia)、外覆蓋件等；而SMC和LFT制(zhi)件由(you)于(yu)使用(yong)(yong)非連續纖維，在(zai)力學性能上表現稍弱(ruo)，更(geng)適合(he)生產(chan)復雜結構的(de)小型異形件，但(dan)部件厚度(du)可(ke)以較(jiao)大(da)。

因此，在選擇成(cheng)型工藝時，應(ying)當根(gen)據具(ju)體服(fu)役情(qing)況對各個部(bu)件(jian)性能要求的(de)不同，結(jie)(jie)合部(bu)件(jian)自身(shen)的(de)具(ju)體外形結(jie)(jie)構特點，加(jia)之成(cheng)本、已有(you)硬(ying)件(jian)基礎等(deng)方(fang)面(mian)因素綜合考慮，差異化地采用多種成(cheng)型工藝進行(xing)生產顯得更加(jia)可(ke)行(xing)。

一種超(chao)級(ji)跑車(che)(che)的(de)(de)CFRP部(bu)件(jian)就主要(yao)采用(yong)(yong)了(le)3種成型(xing)工藝(yi)制(zhi)造：車(che)(che)身主體(ti)框(kuang)架(jia)、側欄及(ji)前(qian)部(bu)艙壁等具有(you)中空結構(gou)的(de)(de)骨架(jia)采用(yong)(yong)多軸向織物預浸料模壓成型(xing)，獲得(de)(de)較高(gao)的(de)(de)強(qiang)度、剛度及(ji)尺寸精度；前(qian)部(bu)碰撞吸(xi)能(neng)盒、駕駛室底(di)板(ban)、引擎(qing)蓋和A柱-平板(ban)狀支(zhi)架(jia)等采用(yong)(yong)RTM工藝(yi)成型(xing)，并采用(yong)(yong)真空輔助RTM工藝(yi)生產(chan)車(che)(che)頂部(bu)件(jian)，實現大型(xing)、多個復雜結構(gou)的(de)(de)一體(ti)化成型(xing)；后部(bu)如速度控制(zhi)尾(wei)翼等對強(qiang)度要(yao)求不高(gao)的(de)(de)部(bu)件(jian)采用(yong)(yong)短(duan)切碳纖維增(zeng)強(qiang)SMC模壓工藝(yi)成型(xing)，能(neng)夠獲得(de)(de)更(geng)好的(de)(de)表面光潔度。

當然，采用(yong)(yong)差異化(hua)(hua)成型(xing)(xing)工藝(yi)獲得差異化(hua)(hua)的(de)(de)部(bu)(bu)件(jian)性能(neng)(neng)并不(bu)是(shi)廠商的(de)(de)最終目的(de)(de)，而是(shi)要(yao)將成果落實到車(che)體輕量化(hua)(hua)和低(di)成本上。根據報道，更(geng)加成熟的(de)(de)快速CFRP成型(xing)(xing)工藝(yi)、碳纖(xian)維自動(dong)(dong)鋪(pu)放、自動(dong)(dong)展絲技術(shu)、織物(wu)定型(xing)(xing)技術(shu)、自動(dong)(dong)化(hua)(hua)連續成型(xing)(xing)技術(shu)，以及夾芯結構的(de)(de)規模化(hua)(hua)應(ying)用(yong)(yong)，將進一(yi)步滿(man)足復雜汽車(che)部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)性能(neng)(neng)要(yao)求，使汽車(che)部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)品質(zhi)和生產成本得到改善。

4 結論

隨著一些車(che)型(xing)(xing)(xing)的相繼量(liang)(liang)產(chan)，CFRP作為先進輕(qing)量(liang)(liang)化(hua)(hua)材(cai)料(liao)越來越受到人們的廣泛關(guan)注。國(guo)際主流(liu)車(che)企開發并發展了(le)適用(yong)于高性(xing)(xing)能碳纖維的HP-RTM、PCM、SMC、LFT等眾多差異化(hua)(hua)的新型(xing)(xing)(xing)快(kuai)速成型(xing)(xing)(xing)工(gong)藝，并取(qu)得了(le)良好的效(xiao)果。當然(ran)，CFRP在汽車(che)領域的應用(yong)，不僅僅是(shi)材(cai)料(liao)加工(gong)成型(xing)(xing)(xing)的簡(jian)單過程(cheng)，而是(shi)涉(she)及輕(qing)量(liang)(liang)化(hua)(hua)材(cai)料(liao)選擇(ze)、結構(gou)優化(hua)(hua)涉(she)及、快(kuai)速成型(xing)(xing)(xing)工(gong)藝、部件連接(jie)技術(shu)、碰撞安全性(xing)(xing)測(ce)試，甚至(zhi)碳纖維回收再利用(yong)技術(shu)的“一條龍”系統工(gong)程(cheng)，因此，CFRP輕(qing)量(liang)(liang)化(hua)(hua)應用(yong)的實(shi)現需要各環節相關(guan)技術(shu)齊頭并進，共同發展。