玻璃鋼／復合材料在我國汽車工業中的應用
北京汽車玻璃鋼制品總公司 鄭學森
汽車是普遍的代步交通工具，許多均將汽車工業作為其重要支柱工業。輕量、節能一直是國際汽車工業的主題。面對資源和環境等問題的嚴峻挑戰，推進汽車輕量化以降低油耗，一直是汽車工業重要的研究課題。傳統的汽車車身材料處于以薄鋼板為主的單一狀態，不能適應人們追求高速與輕量化的要求，為減輕其質量，改善風阻系數和降低油耗，許多汽車廠家都積極研究和利用新材料以達到上述要求。據報道，汽車質量減少50公斤，1升燃油行駛距離可增加2公里；汽車質量減少10%，燃油經濟性可提高5.5%。國內外車身輕量化的研究方向是開發具有較高強度的輕質高性能新材料及設計新的輕量化結構，以塑代鋼是實現輕量、節能的佳途徑之一。
玻璃鋼／復合材料具有加工能耗低，輕質高強，設計自由度大，不銹蝕，成型工藝性好等優點，因此是汽車工業以塑代鋼的理想加工材料。玻璃鋼／復合材料與金屬材料相比，具有以下明顯特點：（1)輕質高強是玻璃鋼／復合材料的大優點；（2)由于玻璃鋼／復合材料材料系非均質材料，其吸收沖擊能量的性能較好，當汽車發生碰撞時，可避免或減少對人體的傷害；（3)振動衰減性能優于金屬，降低噪音的效果較好；（4)玻璃鋼／復合材料制品一般均為一次成型，設計靈活，尤其適于產品的流線型設計與變厚度設計，對設計的更改有較強的適應性；（5）線脹系數為1 ．5－2. 0X10一5/0C，與金屬非常接近，而熱導率比金屬低，因此在有溫差時所產生的熱應力比金屬小;(6)耐腐蝕性能好；（7）具有良好的電絕緣性（碳纖維增強復合材料除外），并在高頻下保持良好的介電性能。玻璃鋼／復合材料相對于一般塑料和工程塑料，具有不可比擬的物理機械性能；制件不易變形，機械性能與熱變形溫度較高，耐化學藥品性優，且價格較低，制品外觀質量上更佳。其應用場合包括：車身表面覆蓋件、結構與半結構部件以及發動機內部件等。
汽車工業是的支柱產業之一。我國汽車工業在上世紀80年代中后期開始得到迅速發展，也進一步推動了玻璃鋼／復合材料技術的發展及其在汽車零部件中的應用。
一、我國汽車工業發展狀況及其 對玻璃鋼／復合材料的需求
1．改革開放20多年以來，我國汽車工業得到迅速發展
我國實行改革開放以來，由于資本和技術的引進，汽車工業發生了巨大的變化。由于引進外資，我國的汽車制造能力從四五十年代的解放牌水平一下子提高到可以制造奧迪A6、帕薩特B5、別克等現代先進轎車的水平。而且由于國產化的實施，我國汽車零部件制造水平也有很大的提高。
1980年我國汽車的年產量22萬輛，經過十年1990年生產50萬輛，到1992年已生產100萬輛，再經過三年到1995年生產150萬輛。2002年生產325萬輛，2003年達到空前的400余萬輛，提前完成“汽車工業十五規劃”的目標。車型的發展，到1990年已是“重、中、輕、微、轎”的車型都有了，到1992年100萬輛時已是“貨、客、轎”三分天下了。目前的汽車保有量已超過2000萬輛。
1983一1997年間我國引進了以桑塔納為代表的轎車，以依維柯為代表的商務車，以斯太爾為代表的重型載貨汽車，以尼奧普蘭為代表的大客車，范圍廣泛，相對于近幾年的引進新潮可稱謂“波”?！安ā睅нM的新技術與國際水平較為接近的塑料件和玻璃鋼件新技術。1998一2002年間，因國內汽車市場已國際化，各跨國公司在我國汽車市場上展開了爭奪戰，以美國通用別克轎車和日本本田雅閣轎車為前導，引發了德國大眾帕薩特、奧迪A6以及后來一系列的歐、日、美、韓的轎車進人我國，實現當地生產，促使一個車型在我國投產與其在國外投產的時間差距縮短到3年甚至2年，并趨于同期上市?！暗诙ā敝幸M技術多的是轎車，除了新的造型、人性化的內飾、操縱性與舒適性等方面的改進外，重點的技術發展在于環保、節能與安全。
2.玻璃鋼／復合材料在我國汽車零部件開發中扮演的角色
零部件是汽車工業的基礎。生產玻璃鋼／復合材料汽車零部件的廠家多為行業內專業廠家。由于認識上的問題，在很長一段時間內在汽車零部件開發方面存在許多差距和不足。早在20世紀50年代，我國即手糊成型工藝試制玻璃鋼／復合材料汽車部件，60年代中期已在汽車制造中正式應用，至70年代初，國內不少廠家已采用玻璃鋼／復合材料生產各種型號的客車外飾件。但是由于采用手糊成型工藝，長期以來停留在初級水平，工作效率和制品性能等有很大的局限性。總的來說，批量小、質量差、應用少。自80年代后期，隨著我國汽車工業由載貨卡車為主體的生產體系向輕便車、轎車為主體的生產體系發生的戰略轉移，和國產化進程的不斷加快，在處于提高質量與數量、取代進口、打翻身仗的關鍵時刻，玻璃鋼／復合材料在我國汽車工業中的應用廣度有了新的突破。嚴格來說，我國玻璃鋼／復合材料汽車零部件的研制始于80年代中期開始引進的相關車型部件的國產化上。如1984年，中美合資北京吉普汽車有限公司生產的XJ系列切諾基吉普車，有SMC后舉升門總成和GOP, GMT座椅骨架等；1985年南汽引進的依維柯S系列商務車，有SMC保險杠、手糊/RTM頂蓋等：1988年一汽引進德國大眾公司奧迪100中級轎車技術，有SMC后保險杠背襯、右側煙道隔離板、行李箱和備輪倉等；東風汽車公司利用引進日產技術開發的8t平頭柴油車系列車型于1991年投產，有SMC輪罩和前圍板等；90年代初原重汽集團引進的斯太爾重卡系列，有SMC面罩、FRP遮陽罩和導流罩等。此外在一些國產車型的改進和更新過程中，也加大了玻璃鋼／復合材料在相關部件開發中應用力度，如在1991年開始，在BJ212吉普車中使用了SMC電瓶托盤；在CA141貨車發動機部件中使用SMC或BMC生產挺桿室蓋板、機油濾清器外罩、通風閥總成等；在輕騎摩托車中采用了FRP擋泥板和頭盔，在南方摩托車中采用了SMC機油泵蓋總成等。
從80年代中后期開始，一些涉足汽車零部件較早的玻璃鋼／復合材料廠家通過汽車技術引進的輻射效應，積極采用“引進一消化一改進”模式，開發新材料新技術。密切與汽車主機廠的合作，完善玻璃鋼／復合材料制品的設計，開發與改進玻璃鋼／復合材料成型技術，協作開發并使用專用的成型設備和模具，不斷降低生產成本，提高玻璃鋼／復合材料制品質量，開發出可用于汽車外裝飾的A級表面部件，以及相關高強結構部件和特殊功能部件。
現在，越來越多的車型采用了玻璃鋼／復合材料部件，而且作為以塑代鋼的理想材料已被汽車工業部門逐步認識，盡管手糊成型工藝依然在生產某些汽車零部件領域還在占主導地位，但SMC、RTM、GMT等先進材料和工藝的應用推廣具有相當迅猛之勢。汽車工業在不久的將來成為國內玻璃鋼／復合材料的用戶和市場之一。
二、玻璃鋼／復合材料在汽車工業中的應用現狀
1．玻璃鋼／復合材料整車身應用情況
在上世紀80年代后期到90年代末，“全塑汽車”的概念曾經在國內汽車界轟動一時。北京旅行車廠山東省武城分廠、山東省肥城玻璃鋼廠、山東省榮成愛士玻璃鋼廠、北京汽車公司、浙江省永康汽車公司、重慶益民機械廠等廠家，均生產過全玻璃鋼的車身。基本上手工糊制，檔次有待提高，據估計年產量總計達到過4000輛。
江蘇省江都女神公司與西安王冠醫用汽車公司進口美國Venus公司四軸噴射機與RTM機，生產FRP殼“子彈頭”汽車。江蘇省宜興市泰山FRP制品有限公司生產30座中巴，年產1500輛，已有出口。東風客車公司采用手糊成型工藝生產DHZ6122HR高速客車的全玻璃鋼車身，每輛份消耗玻璃鋼達250kg;太平洋客車公司采用手糊成型工藝生產QK6120豪華客車的全玻璃鋼車身，每輛份消耗玻璃鋼達240kg。
北京汽車玻璃鋼有限公司曾經為某軍用牽引車系列生產駕駛室，采用手糊成型工藝，分塊連接方式，全車身重量達到600余公斤／ 輛。
2.玻璃鋼／復合材料在我國轎車中的應用情況
目前，我國轎車工業正處于快速發展時期。玻璃鋼／復合材料在轎車保險杠、車頂、車門、前臉大框、擾流板、發動機罩蓋等外飾件以及車燈反射罩、電瓶托盤等部件中得到廣泛應用。
保險杠：在奇瑞東方之子和北京現代索納塔、伊蘭特等車型中，其前保險杠緩沖器支架均采用GMT成型，重量均為單件6kg左右。在奧迪100和A6、紅旗轎車中，其后保險杠背襯均采用高強SMC模壓成型。在福田沖浪、長城塞弗等SUV車型中，采用了手糊玻璃鋼制作前后保險杠。另外，采用玻纖增強PP,AS制作轎車保險杠，也有實例。
車頂：北京吉普于1996年推出了BJ2020SY車，其車頂使用了 FRP材料，采用RTM工藝制作，其車窗、立柱等附件采用SMC模壓工藝成型。總成產品重量達到65kg/輛。沈飛SFQ2022JE輕型越野車采用FRP硬頂；江鈴陸風車頂骨架采用手糊成型
工藝制作。
車門和前臉大框：北京吉普切諾基后舉升門總成和前散熱器罩（GOP)均采用SMC模壓；大切諾基前散熱器罩采用SMC模壓成型，但未國產化。神龍富康兩廂車后門原為ZMC注射成型，國內曾經采用RTM工藝生產，現已改為鋼制件。一汽大眾奧迪A6轎車和上海大眾帕薩特轎車采用GMT生產前端支架和前端底板襯里。
擾流板（尾翼）：神龍富康兩廂車裝有上、中擾流板。其中，上擾流板采用SMC模壓和玻纖增強ABS注射工藝，中擾流板采用SMC模壓和手糊工藝。江鈴陸風車后導流板采用SMC模壓。天津夏利王、一汽捷達和紅旗、桑塔納2000、長安奧拓、東風悅達、英格爾和北京吉普奧藍德、福田沖浪、長城塞弗、獵豹飛騰等車型均裝有FRP擾流板或尾翼。由于在大部分車型中屬選裝件，一般采用手糊成型工藝。
車燈反射罩：桑塔納、夏利、捷達、富康和英格爾、奇瑞等轎車前大燈反射罩，多采用BMC注射或模壓成型工藝，也有采用SMC模壓成型工藝。
電瓶托盤：北京吉普BJ212車采用SMC/BMC電瓶托盤。上海大眾帕薩特轎車采用GMT生產蓄電池托。
發動機罩蓋等：一汽大眾奧迪A6轎車和上海大眾帕薩特轎車采用GMT生產發動機罩板；北京吉普在開發軍車項目時，采用了手糊成型工藝生產發動機罩蓋等部件。
汽車大包圍部件：在福田沖浪、長城塞弗、江鈴陸風等SUV車均采用手糊工藝生產大包圍部件，包括輪眉、踏步杠、側圍等。
3.玻璃鋼／復合材料在我國客車中的應用情 況
除了上述提及的FRP客車整車身之外，玻璃鋼／復合材料在大型、豪華中均有應用，幾乎囊括所有廠家的所有車型。國內大型、豪華客車廠家有：西安西沃、安徽安凱、北京、客車、廈門金龍、浙江神馬巨鷹客車、深圳NEPLAN豪華客車以及中通客車、桂林大宇、亞星一奔馳、鄭州宇通、丹東黃海、重慶客車、天津伊利薩爾、北方尼奧普毫等，涉及應用部件有前后圍、前后保險杠、翼子板、輪護板、裙板（側圍板）、后視鏡、儀表板、倉門板等，由于其產量均不大，而且部件較大，一般均采用手糊成型工藝制作，也有部分部件采用RTM工藝。如亞星一奔馳、宇通、西沃、黃海、伊利薩爾等長途旅游客車，其衛生間采用手糊FRP制作，單套重量在30一50公斤。許多公共汽車采用了拉擠工藝制作的空調導風罩等部件。
在中小型客車中，玻璃鋼／復合材料也有廣泛應用。如南京依維柯S系列車的SMC前保險杠、手糊/RTM硬頂,BMC前大燈反射罩，都靈V系列車的SMC豪華面罩、電動門總成、三角窗總成、后行李廂門總成和FRP后圍總成等。北旅御虎的前后保險杠、后擾流板均采用手糊玻璃鋼。廣州本田奧德塞旅行車的內頂棚采用GMT模壓成型。金杯旅行車前大燈和霧燈采用BMC注射成型。
國內諸多微型客車的前后保險杠、翼子板等都選用手糊玻璃鋼材料。
另外，在諸多公交車中采用了玻璃鋼／復合材料座椅，分別采用SMC模壓、手糊和RTM等工藝制作。根據環保要求，許多公交車都采用壓縮天然氣（CNG）作為動力，30%以上的CNG氣瓶采用了FRP纏繞工藝制作。
4.玻璃鋼／復合材料在我國卡車中的應用情況
一汽集團、二汽集團和北汽福田在目前國內卡車生產企業中涉足“重、中、輕”全系列。同時，還有山東重汽、重慶紅巖、陜西重汽、江蘇春蘭、北方一奔馳等重型卡車生產廠以及江淮汽車、南京躍進集團、北汽輕型車等中小型卡車生產廠，以及為數不少的微卡、皮卡生產廠。隨著卡車技術的提高、優化與改進以及生產量的不斷攀升，玻璃鋼／復合材料在卡車中的應用取得了突破。
在中重型卡車方面，玻璃鋼／復合材料的應用尤其活躍，涉及前圍面罩、保險杠、翼子板、輪罩、側圍板、腳踏板、導流罩、導流板、側裙板以及發動機內部件等部件。一汽解放改進車型142中的發動機箱體油蓋、機油濾清器外罩采用SMC模壓，車箱底板采用拉擠成型；一汽解放重卡前后保險杠、前圍面板、導流罩、駕駛室頂蓋等采用SMC模壓成型、RTM或手糊工藝成型。東風六平柴、八平柴前圍板、輪罩均采用SMC生產，盡管該車型已進行多次改進，但上述部件已持續應用十四個年頭。東風卡車還采用了水箱面罩、護風罩、進氣管、導流罩等SMC部件。北汽福田歐曼重卡前翻轉蓋板、左右翼子板、導流罩、導流板、側裙板、腳踏板、保險杠等均采用了玻璃鋼／復合材料，主要采用SMC模壓工藝，部分部件采用手糊和RTM工藝。斯太爾重卡的面罩、副保險杠、腳踏板采用SMC模壓成型，遮陽罩采用透明玻璃鋼手糊對模技術制作，導流罩為手糊FRP技術。濟南重汽華沃生產的沃爾沃重卡的前端面板、左右角板、左右擾流板均采用SMC或RTM生產。黃河重卡改進車型的面罩、導風罩和前圍下護面均采用SMC或手糊FRP材料制作。
在輕卡方面，玻璃鋼復合材料的應用也在不斷擴大。一汽解放輕卡腳踏板采用GMT模壓成型；一汽488發動機導風管采用BMC模壓成型，罩蓋采用SMC模壓成型。東風小霸王前保險杠采用高強SMC模壓成型；東風多利卡等輕卡采用了SMC保險杠和前圍面罩、FRP導流罩。江鈴輕卡使用了RTM側防護板和擋泥板，廂式貨車采用手糊FRP廂體。北汽福田時代輕卡、江淮輕卡、江鈴輕卡等采用了手糊或RTM導流罩。
另外，河南冰熊、河南紅宇、濟南考格爾等專業冷藏車生產廠生產的冷藏車箱體采用FRP內外板內夾PUR泡沫材料，內外板采用玻璃鋼連續層壓工藝或手糊工藝。
5.玻璃鋼／復合材料在我國其他相關汽車工 業領域中的應用情況
在摩托車方面，頭盔中有部分采用手糊、RTM或SMC工藝成型；摩托車外殼甚至整車身采用玻璃鋼／復合材料制作。輕騎摩托擋泥板采用手糊工藝制作，南方摩托左機油泵蓋等產品采用SMC制作。
在拖拉機方面，約翰?迪爾天拖有限公司采用SMC制作內頂棚、外頂棚、左／右外擋泥板等部件。
在電動車方面，其殼體大多采用手糊FRP制作。
在專用工程機械方面，其機蓋總成和側圍大多采用手糊FRP或RTM工藝制作，如山東工程機械廠、徐州工程機械廠、天津美卓
戴納派克公司等。
在專用改裝車方面，采用手糊FRP制作房車衛生設施，如壁板、坐便池、防水地板等；采用手糊FRP制作商品檢測車頂柜等。
在公路交通方面，采用SMC制作的高速公路防眩板、采用SMC或拉擠工藝制作的高速公路防撞立柱以及手糊的公路收費站隔離墩等已得到廣泛的應用。
另有報道，甘肅駝鈴客車廠、山東聊城客車廠從提高客車制作質量入手，通過與鋼模和鑄鐵模比較，開發研制了價格低廉、便于加工的樹脂基復合材料拉延沖壓模具，達到滿意效果，提高了大型復雜的覆蓋件和骨架件的質量。
6.玻璃鋼／復合材料在汽車樣件制作和售后 服務市場的應用
隨著國內汽車廠家自主開發能力的加強與提高，在樣車試制中，玻璃鋼／復合材料通常由于成本低，周期短，設計自由度大，而用
于車身制作，通常采用手糊成型工藝。
目前國內汽車保有量已超過2000萬輛，售后服務備件市場需求日益擴大。同時，為滿足娛樂休閑的需要，改裝車市場也隨之興起。玻璃鋼／復合材料因其獨特的產品與工藝特性，在這些領域得到廣泛使用。除常規配套的零部件外，還與金屬、塑料件在備件市場形成競爭。娛樂休閑用改裝車通常采用手糊、RTM和SMC部件，甚至是碳纖維增強復合材料部件。如富康、捷達、桑塔納等改裝車型采用手糊FRP制作大包圍。另外，國內有
多個廠家承接國外訂單，生產寶馬、奔馳、豐田、現代等高檔轎車大包圍部件以及相關客車、摩托車部件并批量出口。
三、玻璃鋼／復合材料在我國汽車工業中的應用前景與問題
1.玻璃鋼／復合材料在我國汽車工業中的應用前景和趨勢
生產實踐和科學研究表明，玻璃鋼／復合材料不失為較科學、理想的新型汽車零部件材料。在未來開發節能、環保的新車、快速改型換代、小批量投產方面，它將起著重要作用。我國汽車工業的迅猛發展，給玻璃鋼／復合材料帶來了市場的更大商機。據悉，2003年我國汽車產銷總量達到了444萬輛，同比增長35％，預計2004年汽車產量可達510－534萬輛。其中，載貨車產量約為131一137萬輛，客車產量為129一135萬輛，轎車產量
約為250-262萬輛。2010年市場份額占全的1/10。汽車產業已成為國民經濟的支柱產業和高新技術產業。汽車工業自主開發的條件日益具備，一些產品己經具備自主開發的基本條件。在汽車工業的需求驅動下，我國玻璃鋼／復合材料材料將進人快速發展時期。隨著汽車業界人士對玻璃鋼／復合材料的深人了解和玻璃鋼／復合材料的發展與完善，玻璃鋼／復合材料在我國汽車工業領域特別是轎車、卡車工業中的應用將取得更為廣泛的應用前景。據統計，90年代歐洲、美國每輛汽車上應用的玻璃鋼／復合材料達到60 --80kg,而目前國內每輛汽車上應用的玻璃鋼／復合材料平均還不到l0kg,發展空間很大。
新車型的不斷涌現，市場競爭不斷加劇，產業政策的不斷調整，跨國公司汽車品牌的不斷本土化，采購零部件OEM的不斷接單，促進了更多的玻璃鋼／復合材料廠家在汽車零部件方面的不斷投人。一方面仍需集中于引進車型玻璃鋼件的國產化制造，另一方面更要在國產車型部件的更新換代及新車型部件的開發上下功夫。其重點發展方向為：
1）降低成本，擴大應用領域
在社會主義市場經濟條件下，競爭越來越激烈，為進一步提高玻璃鋼／復合材料在汽車工業中的應用廣度和深度，適應不同車型、不同應用領域的需求，降低生產成本是一個重要發展方向。
2）向著模塊化設計方向發展
零部件模塊化，即由多個零部件一起來離線裝配，或多個零部件組合起來成為一個整體，有利于增強汽車輪廓的流線性，減少組裝量。零部件的模塊形式，從而形成汽車制造史上的一次革命。玻璃鋼／復合材料為汽車輕量化和模塊化提供了前提條件，并逐步向結構復雜且大型部件方向拓展，促使汽車零部件開發和生產成本的進一步降低。
3)新技術和新工藝的開發與應用
隨著汽車輕量化的強烈要求，以及總體生產成本下降的需要，將促進新型玻璃鋼工藝的發展與完善。
2.玻璃鋼／復合材料在汽車工業中應用所面臨的問題
隨著新車型不斷涌現及其對玻璃鋼／復合材料需求的增加和提高，勢必產生新課題和新風險，這些是擺在國內相關汽車玻璃鋼／復合材料生產制造商面前的艱巨任務。
我國迄今整個工業體系構成仍不符合經濟規律。如我國汽車工業中整車生產企業就多達114家，絕大多數產量均非經濟規模。這樣所需的玻璃鋼件就無法采用SMC模壓法生產，轉而求其次，以手糊法或RTM生產。
我國進人WTO已有幾年時間，隨著國內汽車市場價格與國際市場價格并軌，國內汽車市場競爭的加劇，正經歷一個殘酷的優勝劣汰過程，同時引起整車價格的下降，從而必然導致零部件價格的下降。而國內汽車零部件的開發投資基本上由各個零部件生產商承擔，必將帶來相關投資風險。同時，在保證產品質量的前提下通過加強內部管理和提高工藝技術水平來合理控制生產成本，迎接一波接一波的零部件降價，立于不敗之地。
隨著汽車市場的國際化和競爭的深入，汽車整車質量要求越來越高，成本要求越來越低。如何處理好這對矛盾體，只有通過玻璃鋼／復合材料企業不斷進行材料和工藝的改進與創新來實現。
