内容发布更新时间 : 2024/11/18 19:35:42星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

玻璃纤维复合材料与汽车的发展密不可分

1，玻璃纤维复合材料（Glass Fibre Reinforced Plastics 以下简称GFRP）用于新能源车的必然趋势

从70年代起，汽车行业为了解决燃油能源及燃油车污染问题做出了一系列努力，电动汽车在当今汽车工业水平下应运而生。GFRP对于电动汽车未来的发展密不可分。

众所周知，电动汽车目前的两大瓶颈分别是续航能力和快充。然而改善快充，则属于电子行业的范畴，所以这里我们谈谈续航能力。

储存电力相等的情况下，提高电动汽车续航能力的方式无外乎：减少风阻、减少自重、提高发动机效率等方面，然而在这些提升续航能力的方案中最为行之有效的，就是减少自重。国外有资料介绍：自重1360kg的汽车，如果自重降低10%，大约可以节约8%的能耗。降低汽车自重的主要途径是在保证汽车整体安全性的前提下，采用质轻的材料来代替旧工艺中的铁部件，然而目前最适合作为替代品的就是GFRP。

GFRP具有足够的刚性，耐冲击性能良好，能满足车身安全的基本要求；且具有足够的硬度及韧性，使得车身受到轻微碰撞时，能卸除部分冲击力，或产生回弹，对比铁质来说其安全系数更高；其抗刮能力强，耐腐蚀，抗老化能力表现也非常优秀，让汽车在不同的天气条件下都能轻松应对。

表① 传统汽车使用的钢材与GFRP性能对照表

材料 08F 08 GFRP 密度 （g/cm2） 7.55 7.55 1.5~1.9 抗拉强度 （MPa） 294 323 平均245 抗弯曲强度 （MPa） 176 196 平均392 抗拉弹性模量 （GPa） 205 205 平均235

GFRP成型方式是将树脂和玻璃纤维通过一定比例（工艺不同比例有差异）混合后固化而成，树脂的本身的强度非常低，但是用玻璃纤维增强后，其机械性能非常优秀。从表①可以看出，GFRP的机械性能接近或超越了冷轧钢板，而密度仅为钢材的20%，因此GFRP在业内有被叫做“玻璃钢”。以下将不同纤维含量情况下的性能参数罗列一下。

表② 玻璃纤维含量与性能关系对照表

玻璃纤维含量 （质量比） 25% 45% 65% 密度 （g/cm2） 1.35 1.55 1.8 抗拉强度 （MPa） 74 147 274 抗压强度 （MPa） 118 176 235 随着玻璃纤维含量的增加，GFRP的机械性能相应得到提升。

2，GFRP车身的应用情况

GFRP可塑性强，易成型；可后期拼接，也可与其他材质的部件拼接，因此很早以前就深受国内外汽车制造厂家及科研机构的青睐。 早在1955年，欧洲就开始在汽车上使用GFRP，曾在STM-Ⅲ型车上试用GFRP板。1970年，日本就用GFRP制造汽车车轮装饰罩。1971年日本铃木公司用GFRP制造发动机罩、翼子板、保险杠等。1974年英国厄夫公司试制成功了GFRP驾驶室。1979年美国克莱斯勒公司用GFRP制造轿车车身尾部零件。1980年美国通用公司用GFRP制造客货两用车车门，该公司用GFRP制造的驾驶室于1983年正式用于“将军”型载货车上。

此外，GFRP在国内的汽车企业中也得到了广泛的应用。北京251厂的BJ121 GFRP驾驶室的成功研制，为GFRP在国内汽车应用上奠定了坚实基础，随后第一汽车制造厂成功研制GFRP发动机罩及平头可翻式驾驶室。受国产汽车工业的影响，较多应用在国内汽车工业

是在80年代后期。1986年山东武城旅行车厂成功研制了BWC-6440全GFRP车身旅行车，该厂研制的BWC6470、BWC6480全GFRP车身旅行车1992年通过了3万公里可靠性定型试验和碰撞试验。2013年广东省中山大学研究院与东莞雅日玻璃钢有限公司成功研制了全GFRP车身电动巴士。据调查，国内许多汽车生产厂家都在着手GFRP车身的研发工作，有的已经取得了成效。

3，GFRP车身的优势 一，节约研发成本

传统车身结构是由大量的有只钢板冲压件和拉伸件拼接而成，需要多种大型冲压设备和大量冲压模具等工艺装备，而采用玻璃钢则可大大较少模具。中山大学研究院的电动巴士车身原本设计有一百多个冲压件，经东莞雅日玻璃钢有限公司优化后减至22件。由于GFRP车身所需的模具少，对于整体设计还没有定型的车型来说，可以节约大量研发资金。即便是后期车型有细微改动，部分GFRP模具是可以进行改模的，即便是重新开模，价格也不高。 二，节约能耗

国外有资料介绍，制造等刚度板材时，与钢板相比，GFRP的轻量化率可达到36.7%以上。由于车身GFRP的密度仅为1.7g/cm2，为钢材的1/5左右，虽经加厚增强，仍轻于金属车身100kg左右。美国洛克威尔公司用GFRP板制成的整体式发动机罩、翼子板、车厢、车门和驾驶室使整车自重比原来降低了227kg。北京251厂生产的BJ121汽车GFRP驾驶室，驾驶室自重仅是原金属驾驶室自重的1/3。东莞雅日生产的电动巴士GFRP全车身组装后，整车自重比设计自重降低了18%。由于车身重量减少，势必降低能耗。 三，兼备安全性 谈到安全性，我们先来看一组数据，这是东莞雅日采用的电动巴士玻璃纤维含量参数表。

表③ 东莞雅日电动巴士玻璃纤维含量及参数

玻璃纤维含量（质量比） 60% 密度 （g/cm2） 1.7 抗拉强度 （MPa） 245 抗弯强度 （MPa） 392 弹性模量 （GPa） 43 最高使用温度（℃） 70 从表③可以看出，GFRP是可以满足汽车车身强度要求的。另外意大利菲亚特汽车公司对Fiat150车GFRP驾驶室做过被动安全性测试，在其顶盖上施加较钢制驾驶室大50%的载荷时，立柱不会发生明显的变形；40kg重的摆锤从2m高处下落撞击驾驶室时，其围板不会发生任何变形，而钢制品则要产生显著变形。以上试验充分展示了GFRP插身的耐冲击和高强度的安全性能。

四，提高使用寿命

GFRP除了具有以上强度优势之外，它还具有减震性能、隔热性能、隔音性能、另外还有超高的抗UV性能。聚酯纤维GFRP车身壳体在正常情况下，一般寿命可达15年左右，在-40~+70℃温度范围内的刚性变化±1%，在-70~+100℃温度范围内也不会恶化，低温下强度反而有所增强。若是在湿热多雨地带以及盐碱涝洼地和沿海地区，普通金属车身的寿命只有3~5年，然而GFRP车身则不会有任何影响。

4，尾声

新能源汽车未来的发展必然与GFRP密不可分，在更加适合用于车身的新材料还没有被发现之前，我们应积极探索和改进工艺，让GFRP更加出色的把握目前这一历史时刻。