GFRP的在汽车领域发展趋势和应用前景如何？

玻璃纤维增强塑料(GFRP)俗称玻璃钢，是一种以玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体材料的复合塑料
。作为复合材料的一种，玻璃钢因其独特的性能优势，在航空航天、铁道铁路
、装饰建筑
、家居家具

、建材卫浴和环卫工程等等相关行业中得到了广泛应用。

复合材料根据所采用的纤维不同，可分为玻璃纤维增强塑料分为玻璃纤维增强复合塑料(GFRP)
、碳纤维增强复合塑料(CFRP)和硼纤维增强复合塑料等
。玻璃纤维增强塑料以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)为增强材料，以合成树脂为基体材料。纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成的

。纤维(或晶须)的直径很小，一般小于10微米，是脆性材料，易损伤、断裂和受腐蚀
。基体具有黏弹性和弹塑性，是韧性材料
。

玻璃纤维增强塑料的相对密度在1.5～2.0之间
，只有碳钢的1/4～1/5
，但拉伸强度却接近甚至超过碳素钢

，强度可以与高级合金钢媲美。因此，玻璃纤维增强塑料在航空、火箭、宇宙飞行器
、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品中应用广泛。某些环氧玻璃钢的拉伸、弯曲和压缩强度甚至能达到400兆帕以上
。在大力倡导节能

、环保的今天

，玻璃钢行业正面临整体提升
、快速发展的良好机遇。

我国玻璃纤维增强塑料的发展现状

我国的玻璃钢工业起步于1958年，“八五”以来获得了长足的发展。近几年，随着市场经济的逐步完善

，我国玻璃钢行业呈现出跳跃式增长之势
，玻璃钢在我国的市场、产值、应用都已达到世界先进水平，各品种都能满足市场需求。同时，在国内一些大型企业和部分乡镇企业整体实力增强、产品技术含量不断提高的基础上，一些合资企业起点高，技术先进

，拉动了我国玻璃钢行业的整体提升。

玻璃纤维增强塑料市场预测显示：2015年国内产量将达530万吨。玻璃纤维增强塑料以有机聚合物为基体，添加相应的纤维增强体构成，是目前技术较为成熟
、应用最为广泛的一类复合材料。

玻璃纤维增强塑料作为树脂基复合材料，虽说在我国较晚

。从1958年才开始研究生产

，首先用于军工制品
，而后逐渐扩展到民用
。另外
，我国的生产工艺还是以国外引进为主。目前
，树脂基复合材料产业作为新兴产业，已被列为我国“十二五新材料规划”的发展重点。规划提出了低成本
、高比强
、高比模和高稳定性的目标
，希望攻克树脂基复合材料的原料制备、工业化生产及配套装备等共性关键问题
。树脂基复合材料是多种物质的结合，具有多种物质的复合效应
。具体表现方面

，首先是质轻、力学性能好，具有比强度高、比模量大

、抗疲劳性能及减震性能好等优点
。

玻璃纤维增强塑料早在1932年就出现在了美国
，主要用于航空航天方面，直到第二次世界大战结束后，这种材料才开始扩展运用到民用领域。它的生产工艺也从最初的手糊成型技术，发展到目前纤维缠绕成型技术
、真空袋和压力带成型技术、喷射成型技术多种工艺并存，树脂基复合材料的质量和生产效率大幅提高
。

“玻璃纤维增强塑料在我国的市场、产值、应用都已达世界先进水平，各品种都能满足市场需求
。而碳纤维复合材料则主要运用于航空航天领域，在国内发展很快
。”中国材料研究学会咨询部主任唐见茂教说。

玻璃纤维增强塑料部件在汽车上的应用

在汽车行业，受“更长的保修期”和“新的燃油经济性指令”两大趋势的推动
，高性能、耐高温玻纤增强塑料用量正在增长，更长的保修期意味着专用材料部件必须具有更长的使用寿命；燃油效率标准的提高，运行温度更高的发动机装入更紧凑的机舱中，许多机罩下部件将采用更轻的增强塑料取代金属部件。

过去，用于发动机罩下多种塑料部件证实了能耐在170~190℃的上限高温环境下的热老化性能
，目前更新的动力系统要求部件能够在高于200℃的高温下长期使用
，甚至在230℃的高温下使用。玻纤增强塑料满足了在温度提高环境下确保耐化学性和耐油性
，部件性能达到了前所未有的水平。

玻纤增强聚酰胺或尼龙混配料已成为发动机罩下复合材料对金属替代的“先锋”
。巴斯夫曾在2010年的德国K展中推出了玻璃纤维填充PA6/6高温树脂系列。作为该产品线中的第一款产品UltramidENDURED3G7，含有35%的玻璃纤维
，被设计可在220℃的高温下连续使用超过3000h，临界最高使用温度可达240℃
，尤其适用于发动机周边的部件，特别是用于涡轮增压发动机的进气（热交换）系统。

目前，巴斯夫正在积极推进高温树脂在北美汽车行业中的应用
，在2011年的德国Fakuma展会中推出了新级别的聚酰胺UltramidENDURED3G10
。这种50%玻璃纤维填充的PA6/6
，几乎比D3G7级别的刚性提高50%
，目标应用主要针对中冷器端盖以及进气系统的其他部件
。

2010年，帝期曼工程塑料部向汽车市场新推出了Stany1ForTii尼龙4/6树脂系列
。这种30%玻璃纤维填充的半脂肪族聚合物
，比同等填充级别的帝斯曼尼龙系列产品拥有更高的热变形温度（HDT）
，可达到325℃。StanylForTii热性能的改善，得益于向C4脂肪链中添加了一种芳基，以及采用了一种独特的玻璃纤维-填料组合填充物
。该材料还拥有一个低线性热膨胀系数（CLTE），大约为3.5×10-5mm/mm/℃

。用Stanyl

ForTii制成的部件与铝部件相连接时，较低的CLTE值提供了比其他传统尼龙材料制成的部件更好的表面密封特性
，当向塑料中加入玻璃纤维时，纤维的无规取向导致了各向异性的大量形成。最近，帝斯曼公司发现玻璃纤维填充级别的尼龙4/6材料，在动力传动系统的耐磨损和摩擦应用中可取代诸如PEEK之类的超高温热塑性塑料方面有上升趋势，这些应用包括：推力轴承、衬套、链条导轨和正时链
，这些部件的使用温度通常在150~180℃之间。Stanyl4/6最强劲的增长表面在传动正时链和导轨链耐磨表面的制造领域应用中
，材料的高结晶度（70%-80%）提供了出色的润滑和耐磨性。

劳士领汽车公司（德国Kelsterbach）采用聚苯硫醚（PPS）吹塑成型一种进气管，被大众汽车公司用于2009款装有劳士领汽车公司提供的2L柴油发动机的汽车上。它采用了泰科纳工程聚合物公司的两个级别的玻璃纤维填充FortronPPS
：管体本身由15%短玻纤增强FortronPPS1115LO材料吹塑成型而出，支架则由30%短玻纤增强FortronPPSFX4330T7材料注塑成型而出
。该进气管的最高使用温度高达230℃，比替代的铝管大约轻30%

。

Buss北美公司（美国肯塔基州RussellSprings）最近采用巴斯夫传统的尼龙级别35%玻璃纤维填充的UltramidA3WG7HPbk20560,在克莱斯勒汽车公司2011款Pentastar发动机的塑料凸轮轴罩盖上，实现了其所谓的“突破性的注塑成型部件公差”，其关键性的创新包括为凸轮轴罩盖的功能表面提供了一种挠性密封解决方案，这种材料能够在170℃下连续使用。

本文由peek板供应商凯时实业根据中国玻璃钢综合信息网等内容整合

责任编辑：Kris