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以塑代钢,玻璃纤维毡增强热塑性复合材料(GMT)在汽车上的应用


璃纤维毡增强热塑性复合材料(Glass Mat Reinforced Thermorplastic,简称GMT)是指以热塑性树脂为基体,以玻璃纤维毡为增强骨架的新颖、节能、轻质的复合材料,是目前国际上极为活跃的复合材料开发品种,被视为世纪新材料之一。



GMT一般可以生产出片材半成品,然后直接加工成所需形状的产品。GMT具备复杂的设计功能,以及出色的抗冲击性,同时易于组装和再加工,并因其强度和轻巧性而倍受赞誉,使其成为替代钢并减少质量的理想结构部件。




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图 轻质高强的GMT材料 来源:韩华官网



一、GMT材料的优点


  1. 比强度高:GMT的强度和手糊聚酯玻璃钢制品相似,其密度为1.01-1.19g/cm,比热固性玻璃钢(1.8-2.0g/cm)小,因此,它具有更高的比强度。


  1. 轻量化、节能:用GMT材料做的汽车门自重可从26Kg降到15Kg,并可减少背部厚度,使汽车空间增大,能耗仅为钢制品的60-80%,铝制品的35-50%。


  1. 与热固性SMC(片状模塑料)相比,GMT材料具有成型周期短、冲击性能好,可再生利用和储存周期长等优点。


  1. 冲击性能:GMT的吸收冲击的能力比SMC高2.5-3倍,在冲击力作用下,SMC、钢和铝均出现凹痕或裂纹,而GMT却安然无恙。


  1. 高刚性:GMT里含有GF织物、即使有10mph的冲击碰撞,仍能保持形状。


二、GMT材料在汽车领域的应用



GMT片材比强度高、可制得轻质部件,同时设计自由度高、碰撞能量吸收性强、加工性能好,从上个世纪90年代开始在国外被广泛应用于汽车工业中。而随着燃油经济性,可回收性和易加工性的要求不断提高,汽车行业用GMT材料市场也将继续稳步增长。




目前,GMT材料在汽车工业中的应用广泛,主要有座椅骨架、保险杠、仪表板、发动机罩、电池托架、脚踏板、前端、地板、护板、后牵门、车顶棚、行李托架、遮阳板、备用轮胎架等部件。




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图 韩华高级GMT在汽车上的应用  来源:韩华官网



1. 座椅骨架



福特汽车公司2015 Ford Mustang 跑车上的第二排座椅靠背压缩成型设计由一级供应商/加工商Continental Structural Plastics公司采用Hanwha L&C的45%单向玻纤增强的玻璃纤维毡热塑性复合材料(GMT)和Century Tool & Gage的模具,模压成型,成功地满足了极具挑战性的保持行李负载条件下的欧洲安全法规ECE。




该部件需要进行100多次FEA迭代才能完成,从早期的钢结构设计中省去了五个零件,并且在更薄的结构中每辆车可节省3.1千克,也更易于安装。


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图 福特汽车公司2015 Ford Mustang跑车的第二排座椅靠背  来源:SPE&福特汽车



2. 车尾防撞梁



现代全新途胜2015款全车尾的防撞梁为GMT采用的就是材料,相比钢材材质产品重量更轻,缓冲性能更好,在减轻车重、降低油耗的同时,保证了安全性能。

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图源:汽车之家



3. 前端模块



奔驰在其S级豪华双门轿跑车中选择Quadrant Plastic Composites GMTex™织物增强热塑性复合材料作为前端模块元件。




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图 梅赛德斯S级双门跑车前端模块 图源:PressReleaseFinder



4. 车身下护板



由Quadrant Plastic Composites用高性能GMTex™制造的车身下罩保护应用于梅赛德斯越野特别版。


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图 车身护板 来源:PressReleaseFinder


5. 尾门骨架



GMT尾门结构除了可以实现功能集成和减轻重量的通常优势外,GMT的可成型性也实现了钢或铝不可能实现的产品形式,应用于日产Murano、Infiniti FX 45等车型。

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图 GMT材料的尾门骨架 来源:PressReleaseFinder



6. 仪表板框架



GMT制造仪表板框架的新概念已在福特集团的几种型号上使用:沃尔沃S40和V50,马自达3和福特C-Max。这些复合材料能够实现广泛的功能集成,特别是通过将车辆横梁以薄钢管的形式包含在模制件中,并且与传统方法相比,重量大大减轻,而无需增加成本。

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图 GMT制造仪表板框架 来源:PressReleaseFinder



7. 蓄电池托架


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图 GMT制造的蓄电池托架 来源:三菱化学高新材料官网



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