與傳統(tǒng)的環(huán)氧基熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料具有成型快、韌性好、無需低溫貯存、可回收等許多優(yōu)勢(shì)，成為材料行業(yè)研究的熱點(diǎn)。
熱塑性復(fù)合材料的種類繁多，按照制品中纖維保留尺寸（L）可以分為：短纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（SFRT，L＜1.0 mm） 、長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（LFRT，一般L＞5.0 mm）、連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料塑料（CFRT，一般纖維連續(xù)不切斷）。
其中，連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料塑料可循環(huán)使用，具有高比強(qiáng)度和比剛度、良好的耐腐蝕性、耐沖擊性、耐熱性、低成本以及設(shè)計(jì)靈活性，在汽車輕量化設(shè)計(jì)中具有巨大的應(yīng)用潛力，可替代部分金屬材料和高端聚合物材料。
圖 連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料帶材
汽車材料的選用需要平衡效用和成本，將合適的材料用在正確的位置上。由于CFRT材料具有優(yōu)異的比強(qiáng)度和比模量，可用于取代車身及底盤上的鈑金件，如前/后地板、頂蓋橫梁、座椅靠背、模塊支架、電池控制臺(tái)、剎車踏板等。同時(shí)CFRT材料具有優(yōu)異的抗沖擊性能，可以用在碰撞結(jié)構(gòu)上，如前/后保險(xiǎn)杠橫梁、車門側(cè)防撞梁等結(jié)構(gòu)。除了結(jié)構(gòu)件和碰撞件，根據(jù)CFRT材料的性能，還可以開發(fā)其用于各種功能件上。
目前，連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在汽車零部件行業(yè)的大批量生產(chǎn)。下面我們來看部分應(yīng)用實(shí)例。
車身結(jié)構(gòu)件
●歐寶Astra OPC座椅底板
2012年3月，在日內(nèi)瓦車展中推出的新款歐寶Astra OPC 4門跑車，采用了連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性層合材料經(jīng)二次成型而出制成的座椅底板。
這是世界首個(gè)采用該技術(shù)生產(chǎn)的汽車座椅底板，使用的是巴斯夫Ultramid聚酰胺產(chǎn)品系列中的特種材料，不含增強(qiáng)成分的Ultramid級(jí)別被用于浸漬并固定纖維織物；座椅底板上的肋結(jié)構(gòu)，是在注射成型過程的二次操作中形成的，它使用了抗沖擊改性的增強(qiáng)級(jí)Ultramid 材料?；谠撦p量化的復(fù)合材料概念，使得生產(chǎn)出的座椅底板減輕了45%的重量。
●奧迪A8后座外殼
奧迪A8配備了兩個(gè)電動(dòng)可調(diào)節(jié)的獨(dú)立后排座椅，其外殼由福吉亞汽車座椅公司開發(fā)，并使用復(fù)合成型工藝制造, 采用朗盛連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料聚酰胺-6基TEPEX Dynalite 102-RG600(2)/47%，在二次注塑中所使用的短玻纖增強(qiáng)的杜力頓（Durethan） BKV30H2.0聚酰胺6。
復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的輕量化后座外殼，與鋼板相比，重量減輕45%；且得益于高度的功能集成的具有成本效益的組件解決方案，在自動(dòng)駕駛座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用潛力。
●座椅靠背骨架
2015國(guó)際橡塑展上，上海汽車集團(tuán)股份有限公司、上海延鋒江森座椅有限公司和巴斯夫聯(lián)合展示下一代輕量級(jí)概念車座椅。
此次展示的輕量化座椅中，基于連續(xù)纖維增強(qiáng)塑料的巴斯夫Ultracom™熱塑性復(fù)合材料體系被用于代替金屬，其重量與傳統(tǒng)座椅相比減輕達(dá)20%，輕薄設(shè)計(jì)更為第二排乘客增加2.5厘米的膝部空間。
●越野車后座
歐洲一家汽車制造商在其越野車的后座系統(tǒng)中也采用了朗盛Tepex dynalite連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。該制造商在車輛后座中間安裝了負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了座位靠背的獨(dú)立折疊。
該裝載元件經(jīng)Tepex dynalite成型并通過反向注入注塑模具而制成，質(zhì)量比類似鋼結(jié)構(gòu)輕40%以上，同時(shí)可承受加速載荷的撞擊，在追尾碰撞的情況下又能夠承受慣性力，避免乘客遭受擠壓。
●前端模塊嵌件
大眾阿特拉斯（Atlas）和途昂（Teramont ）SUV的前端模塊都使用了朗盛公司的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料Tepex dynalite嵌件，比用鋼板制成的嵌件約輕50％。
●輕量化A柱
朗盛曾為保時(shí)捷3D混合動(dòng)力汽車設(shè)計(jì)開發(fā)輕質(zhì)A柱。它被設(shè)想用于敞篷車和敞篷跑車中，并且首次在保時(shí)捷911 敞篷版中使用，混合插件的強(qiáng)度確保了A柱性能與以往高強(qiáng)度鋼管一樣能夠承受側(cè)翻，而且它使重量減輕了5千克。
支柱中有一個(gè)由高強(qiáng)度鋼插件，插件內(nèi)部由聚酰胺6基的坯料Tepex dynalite 102-RG600（6）/ 47％制成，而肋結(jié)構(gòu)由Durethan AKV30H2.0制成。Durethan AKV30H2.0的成分包括聚酰胺66和短玻璃纖維。
●SUV前端支撐
來自特種化學(xué)品公司Lanxess的Tepex dynalite連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料板可用于制造用于汽車輕量化設(shè)計(jì)的大型高度集成結(jié)構(gòu)部件。
例如，梅賽德斯—奔馳GLE SUV的前端支撐包括兩個(gè)焊接復(fù)合半殼，由朗盛的聚丙烯基Tepex dynalite 104-RG600（3）/ 47%連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料截面制成，長(zhǎng)約1.2米，長(zhǎng)0.35米寬度。兩個(gè)殼體均采用混合模制工藝制造，使用具有兩個(gè)腔體的注塑工具。這涉及形成定制的復(fù)合預(yù)切口，并同時(shí)通過注塑成型提供額外的特征。
●車門基板
2018年8月16日，位于重慶的長(zhǎng)安福特主機(jī)廠內(nèi)舉行了首輛新?？怂梗∟ew Focus, C519）的下線儀式。在長(zhǎng)安福特門系統(tǒng)中采用連續(xù)纖維復(fù)合材料方案替代鋼材方案，配套新型混合工藝成型生產(chǎn)線(模壓+注塑)實(shí)現(xiàn)了熱塑性復(fù)合材料門基板的制造生產(chǎn)。與鋼材及長(zhǎng)纖維PP門系統(tǒng)相比，熱塑性復(fù)合材料門系統(tǒng)可以有效減重5kg/car或2kg/car，相對(duì)減重大于30%。
●兒童座椅頭枕
朗盛與合作伙伴開發(fā)的兒童座椅頭枕以顆粒泡沫復(fù)合材料注塑（PCIM）工藝生產(chǎn)，并包含由Tepex連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造的嵌件。與商業(yè)生產(chǎn)的組件變體相比，頭枕的重量降低了30％，但不影響其出色的碰撞性能。由于零件數(shù)量從六個(gè)減少到一個(gè)，因此生產(chǎn)過程也得到了簡(jiǎn)化。
底盤結(jié)構(gòu)件
●發(fā)動(dòng)機(jī)底盤
2017年，一家重要的德國(guó)汽車制造商，正在為交付給道路基礎(chǔ)設(shè)施較差的國(guó)家的車型系列，配備一種采用特別堅(jiān)固的熱塑性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制成的發(fā)動(dòng)機(jī)底護(hù)板。
這種發(fā)動(dòng)機(jī)底護(hù)板由朗盛的Tepex dynalite連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料與一種DLFT(直接長(zhǎng)纖維熱塑性塑料)的團(tuán)料構(gòu)成。與鋼制成的相應(yīng)部件相比，采用這種Tepex-DLFT復(fù)合材料設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)底護(hù)板，重量減輕了60%以上，且比相應(yīng)的鋁部件輕20%以上。
●懸架控制臂
在2013年3月12日至14日在巴黎舉行的JEC博覽會(huì)之際，機(jī)械工業(yè)技術(shù)中心（Cetim）與PSA標(biāo)致Citröen集團(tuán)和模具制造商Compose合作展示了一個(gè)三角形汽車懸架完全由復(fù)合材料制成。該產(chǎn)品由兩張碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料制成，使用安裝在傳統(tǒng)壓力機(jī)上的創(chuàng)新工具同時(shí)對(duì)這兩個(gè)元素進(jìn)行熱成型和焊接，具有與金屬制成的產(chǎn)品相同的功能和機(jī)械特性，但重量減輕了50%，可以直接集成到當(dāng)前車輛中。
●汽車懸掛系統(tǒng)
2016年，美國(guó)Polystrand公司研發(fā)出了一款GT-Lite賽車，首次將連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用于汽車的懸掛系統(tǒng)，該復(fù)合材料易于加工、性價(jià)比高且可循環(huán)利用，在汽車輕量化應(yīng)用中極具潛力。
●全塑料剎車踏板
連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料一個(gè)杰出的應(yīng)用案例，是來自嵌有Tepex dynalite材料的全塑料剎車踏板，它的重量?jī)H有傳統(tǒng)鋼制踏板的一半左右，可利用成本效益極佳的一次成型工藝進(jìn)行大規(guī)模制造，此外，其內(nèi)置Tepex嵌片的多軸纖維層結(jié)構(gòu)能夠滿足較高的負(fù)載要求。
此種安全部件現(xiàn)用于保時(shí)捷帕拉梅拉(Panamera)、與賓利歐陸GT（Continental GT）等汽車中，由朗盛高性能材料業(yè)務(wù)部與BOGE Elastmetall GmbH攜手開發(fā)。
碰撞件
●側(cè)門防撞梁
杜邦曾與PSA標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)合作測(cè)試一個(gè)采用DuPont™Vizilon™連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的側(cè)門防撞梁，結(jié)果表明，與超高強(qiáng)度鋼(UHHS)相比，使用這一材料可減少40%的部件重量，同時(shí)，相比金屬和短玻璃纖維聚合物生產(chǎn)的同類產(chǎn)品而言，它還能吸收更多的沖擊能量。
2013K展，杜邦展示了應(yīng)用于雪鐵龍C3車門的橫梁。據(jù)報(bào)道，采用杜邦Vizilon復(fù)合材料制造的側(cè)面防撞梁將出現(xiàn)在標(biāo)致雪鐵龍2016或2017量產(chǎn)的汽車中，但并未透露具體汽車型號(hào)。
其他功能件
●消聲罩
寶馬i8汽車的后部消聲器隔熱罩采用熱塑性塑料長(zhǎng)纖維（直接）在線混配（DLFT）工藝制成，以長(zhǎng)玻璃纖維粗紗增強(qiáng)的聚丙烯模壓材料為原料，并由朗盛Tepex dynalite 104-RG601制成的嵌層作面層。
Tepex dynalite 104-RG601在高溫下也能保持剛性，因此可以確保隔熱罩在后消聲器的高溫環(huán)境中不發(fā)生變形或失效，此外，Tepex復(fù)合材料還能提高部件在冰凍溫度下的強(qiáng)度和抗沖擊性能。
●車輪觳插片
得益于新穎的單向纖維外觀和聚碳酸酯樹脂帶來的優(yōu)質(zhì)表面，以及碳纖維本身的強(qiáng)度和科思創(chuàng)?？寺?reg;聚碳酸酯熱穩(wěn)定性高，科思創(chuàng)的MaezioTM連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制成的碳纖維插片在蔚來汽車旗下ES8 和ES6 的選裝配件推出全新21英寸碳纖維合金輪轂得到應(yīng)用，可滿足了嚴(yán)格的安全和性能要求。
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