GFRP的在汽車領域發展趨勢和應用前景如何？

玻璃纖維增強塑料(GFRP)俗稱玻璃鋼，是一種以玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂為基體材料的復合塑料。作為復合材料的一種，玻璃鋼因其獨特的性能優勢，在航空航天、鐵道鐵路、裝飾建筑、家居家具、建材衛浴和環衛工程等等相關行業中得到了廣泛應用。

復合材料根據所采用的纖維不同，可分為玻璃纖維增強塑料分為玻璃纖維增強復合塑料(GFRP)、碳纖維增強復合塑料(CFRP)和硼纖維增強復合塑料等。玻璃纖維增強塑料以玻璃纖維及其制品(玻璃布、帶、氈、紗等)為增強材料，以合成樹脂為基體材料。纖維增強復合材料是由增強纖維和基體組成的。纖維(或晶須)的直徑很小，一般小于10微米，是脆性材料，易損傷、斷裂和受腐蝕。基體具有黏彈性和彈塑性，是韌性材料。

玻璃纖維增強塑料的相對密度在1.5～2.0之間，只有碳鋼的1/4～1/5，但拉伸強度卻接近甚至超過碳素鋼，強度可以與高級合金鋼媲美。因此，玻璃纖維增強塑料在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品中應用廣泛。某些環氧玻璃鋼的拉伸、彎曲和壓縮強度甚至能達到400兆帕以上。在大力倡導節能、環保的今天，玻璃鋼行業正面臨整體提升、快速發展的良好機遇。

我國玻璃纖維增強塑料的發展現狀

我國的玻璃鋼工業起步于1958年，“八五”以來獲得了長足的發展。近幾年，隨著市場經濟的逐步完善，我國玻璃鋼行業呈現出跳躍式增長之勢，玻璃鋼在我國的市場、產值、應用都已達到世界先進水平，各品種都能滿足市場需求。同時，在國內一些大型企業和部分鄉鎮企業整體實力增強、產品技術含量不斷提高的基礎上，一些合資企業起點高，技術先進，拉動了我國玻璃鋼行業的整體提升。

玻璃纖維增強塑料市場預測顯示：2015年國內產量將達530萬噸。玻璃纖維增強塑料以有機聚合物為基體，添加相應的纖維增強體構成，是目前技術較為成熟、應用最為廣泛的一類復合材料。

玻璃纖維增強塑料作為樹脂基復合材料，雖說在我國較晚。從1958年才開始研究生產，首先用于軍工制品，而后逐漸擴展到民用。另外，我國的生產工藝還是以國外引進為主。目前，樹脂基復合材料產業作為新興產業，已被列為我國“十二五新材料規劃”的發展重點。規劃提出了低成本、高比強、高比模和高穩定性的目標，希望攻克樹脂基復合材料的原料制備、工業化生產及配套裝備等共性關鍵問題。樹脂基復合材料是多種物質的結合，具有多種物質的復合效應。具體表現方面，首先是質輕、力學性能好，具有比強度高、比模量大、抗疲勞性能及減震性能好等優點。

玻璃纖維增強塑料早在1932年就出現在了美國，主要用于航空航天方面，直到第二次世界大戰結束后，這種材料才開始擴展運用到民用領域。它的生產工藝也從最初的手糊成型技術，發展到目前纖維纏繞成型技術、真空袋和壓力帶成型技術、噴射成型技術多種工藝并存，樹脂基復合材料的質量和生產效率大幅提高。

“玻璃纖維增強塑料在我國的市場、產值、應用都已達世界先進水平，各品種都能滿足市場需求。而碳纖維復合材料則主要運用于航空航天領域，在國內發展很快。”中國材料研究學會咨詢部主任唐見茂教說。

玻璃纖維增強塑料部件在汽車上的應用

在汽車行業，受“更長的保修期”和“新的燃油經濟性指令”兩大趨勢的推動，高性能、耐高溫玻纖增強塑料用量正在增長，更長的保修期意味著專用材料部件必須具有更長的使用壽命；燃油效率標準的提高，運行溫度更高的發動機裝入更緊湊的機艙中，許多機罩下部件將采用更輕的增強塑料取代金屬部件。

過去，用于發動機罩下多種塑料部件證實了能耐在170~190℃的上限高溫環境下的熱老化性能，目前更新的動力系統要求部件能夠在高于200℃的高溫下長期使用，甚至在230℃的高溫下使用。玻纖增強塑料滿足了在溫度提高環境下確保耐化學性和耐油性，部件性能達到了前所未有的水平。

玻纖增強聚酰胺或尼龍混配料已成為發動機罩下復合材料對金屬替代的“先鋒”。巴斯夫曾在2010年的德國K展中推出了玻璃纖維填充PA6/6高溫樹脂系列。作為該產品線中的第一款產品UltramidENDURED3G7，含有35%的玻璃纖維，被設計可在220℃的高溫下連續使用超過3000h，臨界最高使用溫度可達240℃，尤其適用于發動機周邊的部件，特別是用于渦輪增壓發動機的進氣（熱交換）系統。

目前，巴斯夫正在積極推進高溫樹脂在北美汽車行業中的應用，在2011年的德國Fakuma展會中推出了新級別的聚酰胺UltramidENDURED3G10。這種50%玻璃纖維填充的PA6/6，幾乎比D3G7級別的剛性提高50%，目標應用主要針對中冷器端蓋以及進氣系統的其他部件。

2010年，帝期曼工程塑料部向汽車市場新推出了Stany1ForTii尼龍4/6樹脂系列。這種30%玻璃纖維填充的半脂肪族聚合物，比同等填充級別的帝斯曼尼龍系列產品擁有更高的熱變形溫度（HDT），可達到325℃。StanylForTii熱性能的改善，得益于向C4脂肪鏈中添加了一種芳基，以及采用了一種獨特的玻璃纖維-填料組合填充物。該材料還擁有一個低線性熱膨脹系數（CLTE），大約為3.5×10-5mm/mm/℃。用Stanyl

ForTii制成的部件與鋁部件相連接時，較低的CLTE值提供了比其他傳統尼龍材料制成的部件更好的表面密封特性，當向塑料中加入玻璃纖維時，纖維的無規取向導致了各向異性的大量形成。最近，帝斯曼公司發現玻璃纖維填充級別的尼龍4/6材料，在動力傳動系統的耐磨損和摩擦應用中可取代諸如PEEK之類的超高溫熱塑性塑料方面有上升趨勢，這些應用包括：推力軸承、襯套、鏈條導軌和正時鏈，這些部件的使用溫度通常在150~180℃之間。Stanyl4/6最強勁的增長表面在傳動正時鏈和導軌鏈耐磨表面的制造領域應用中，材料的高結晶度（70%-80%）提供了出色的潤滑和耐磨性。

勞士領汽車公司（德國Kelsterbach）采用聚苯硫醚（PPS）吹塑成型一種進氣管，被大眾汽車公司用于2009款裝有勞士領汽車公司提供的2L柴油發動機的汽車上。它采用了泰科納工程聚合物公司的兩個級別的玻璃纖維填充FortronPPS：管體本身由15%短玻纖增強FortronPPS1115LO材料吹塑成型而出，支架則由30%短玻纖增強FortronPPSFX4330T7材料注塑成型而出。該進氣管的最高使用溫度高達230℃，比替代的鋁管大約輕30%。

Buss北美公司（美國肯塔基州RussellSprings）最近采用巴斯夫傳統的尼龍級別35%玻璃纖維填充的UltramidA3WG7HPbk20560,在克萊斯勒汽車公司2011款Pentastar發動機的塑料凸輪軸罩蓋上，實現了其所謂的“突破性的注塑成型部件公差”，其關鍵性的創新包括為凸輪軸罩蓋的功能表面提供了一種撓性密封解決方案，這種材料能夠在170℃下連續使用。

本文由peek板供應商新恒鑫實業根據中國玻璃鋼綜合信息網等內容整合

責任編輯：Kris