图1 SPE汽车复合材料研讨会暨展览会在密歇根州的特洛伊市举行，吸引了创纪录的480名与会者（照片来自：SPE汽车/Pam & Mike Brady）

塑料工程师学会（SPE）举办的第11届汽车复合材料研讨会暨展览会（ACCE）为观众提供了一个浓缩了数据和细节的“盛宴”，并为他们带来了目前汽车应用领域中正在使用和供将来使用的最新的材料、设计、模具和加工技术。本文对其中比较关键的几个报告进行了简要点评。

高压压缩RTM

参会ACCE的几个演讲者专注于高速非热压罐制造工艺的研究。这些人中第一位是来自德国研究与开发机构Fraunhofer ICT（位于德国的Pfinztal地区）的Frank Henning教授。他回顾了高压压缩树脂传递成型工艺在汽车中的应用。该工艺将克劳斯玛菲的注塑系统和Dieffenbacher北美公司的压缩成型注塑机结合在一起。所使用的材料是SAERTEX美国公司提供的玻璃纤维单向织物装模料/预成型料坯和Huntsman Advanced Materials公司的Araldite环氧树脂。

为了测试该工艺，Fraunhofer ICT还将一块平坦的矩形截面单向布平放在模具中。该模具闭合后，会在模具表面和织物的最上层之间留下一个1~2mm的微小空隙。然后，在约5.5s之内迅速将树脂注射到这一空隙中。接着，模具完全闭合，实现纤维浸渍。接下来，在150℃的温度条件下进行仅4min的固化周期。Henning称，由这一工艺制得的部件的纤维含量是55％~58％，而且树脂分布均匀，没有干点，力学性能良好。Fraunhofer ICT将通过测试其他树脂和纤维形式来继续对这一工艺进行评估。

预浸料模压成型

三菱丽阳公司（日本东京）的研究主任Koishi Akiyama概述了该公司在预浸料模压成型系统（PCM）开发上的努力。这个工艺过程本身相对简单：切割单向或织物形式的碳纤维预浸料（10min），在适度加热的条件下成形（10min），然后在3~10MPa的压力和140~150℃的温度条件下压力固化10min。Akiyama报道称，测试部件的纤维体积含量在65％左右，并指出，迄今为止，大多数的测试主要专注于确定最理想的树脂黏度。他还指出，该工艺可以在预成型过程中在预浸料层中增加片状模塑料（SMC）层。

到目前为止，该工艺已成功开发了两种汽车部件。第一个是行李箱盖，它采用单向预浸料层（0/90/0/90），总厚度为1.1mm。该行李箱盖的质量要比铝制品轻38％，但力学性能相当。另一个部件是发动机罩，它包含一个PCM外表面和一个碳纤维SMC内表面，质量仅为5.3kg，而相同的钢制品的质量要达到14.5kg。据Akiyama介绍，它拥有一个“良好的喷涂表面”。

图2 来自Oak Ridge National Laboratory的Dave Warren讨论了碳纤维在汽车应用中的供应和需求情况。他说，为了实现碳纤维在轿车和卡车应用上的大幅增加，碳纤维定价在$11~15/kg的价格范围内是必要的（照片来自：SPE汽车/ Pam & Mike Brady）

大部件、长纤维注塑

复合材料成型商Romeo RIM公司的业务开发副总裁Paul Condeelis强调说，其公司针对大型部件可提供一种新的反应注射成型（RIM）技术。该技术使用了据说是目前世界上最大的模压成型机，尺寸为18.3m×24.3m×9.8m。这种大规模且高度自动化的压机被用于生产各种聚氨酯（PUR）结构件：门内部结构件、混凝土卡车的滑槽、水疗箱结构件、农用车辆的驾驶室车顶、戴姆勒smart汽车的车顶和军用卡车的前格栅等。该系统的其中一个特点是，由于将模内喷涂系统集成到压机中，能够生产具有A级表面的汽车零部件。

在会议现场，Condeelis向观众展示了整个制造过程。首先将涂料涂敷到模具表面，再在该涂料层上涂上一层隔离涂层，这两个过程均通过机械手完成；模腔被运送至压机操作台后，通过机械手将长纤维增强聚氨酯衬底铺敷在模具上；接着模具关闭，进入固化周期。Condeelis表示，可以在短短15min内生产出来完全装饰好的部件，而且这种双往返系统还极大地提高了效率——当一个模具在准备的过程中，另一个已经处于固化周期。据介绍，该系统可生产尺寸为3.3m×3.3m，厚度为3~6mm的部件。Romeo RIM公司的合作伙伴包括拜耳材料科技、克劳斯玛菲和涂料生产商Sherwin-Williams公司。

碳纤维的产能

Oak Ridge National Laboratory负责运输、材料和碳纤维的项目经理Dave Warren，为观众展示了关于碳纤维常规供应以及针对汽车行业的相对便宜的碳纤维供应的全境式透视图。Warren指出，目前世界石油的生产已经停止增长，但消费量却在持续增加，而要减少石油的消费，需要一个全球性的推动力。解决方案有几个：在国内寻求更多的石油、少开车、采用不同的旅行方式，并提高燃油经济性。

提高燃油经济性的一个路径是减轻质量，而碳纤维是实现这一目标的最佳选择。Warren说，减少10％的质量能提高6％~7％的燃油效率。但是，在汽车上使用碳纤维还有一些障碍，包括：成本的考量、缺乏设计方法、会减慢制造过程和需要碰撞模型。在成本方面，Warren认为，汽车行业需要将碳纤维定价在$11~15/kg的价格范围内，但这一价格范围内的碳纤维不能用一种石油基前驱体来获得，如聚丙烯腈（PAN）。Oak Ridge National Laboratory目前正在开展一种廉价的、可再生替代品的研发工作。Warren认为，汽车设计师们不信任碳纤维的耐撞性，因此，他建议“碳纤维首先必须被应用在不是碰撞关键的部件上。” 最后，他建议汽车行业需要针对汽车树脂系统优化浸润剂，并指出Oak Ridge National Laboratory最近在一条碳纤维生产线上投资了$3400万，用来开发汽车专用的碳纤维和浸润剂。

图3 在ACCE会议中，几个演讲报告概述了USCAR公司为4座汽车开发的一种成套的复合材料车身底部结构（照片来自：SPE汽车/ Pam & Mike Brady）

苯乙烯的挑战

American Composites Manufacturers Assn.（ACMA）的政府事务高级总监John Schweitzer是会议的第一个主讲人，他向与会者讲述了复合材料行业中苯乙烯的当前状况。2011年的早些时候，美国卫生和人类服务部（HHS）将苯乙烯列入一份可能致癌的物质名单中，对该材料制定额外的监管要求，并有可能强制取消它的使用。ACMA与这份名单进行了抗争，Schweitzer说，他正试图使HHS收回这份名单。他指出，在美国，每年要消耗4082t的苯乙烯，并有75万人受雇于依赖于苯乙烯的生产中。HHS将苯乙烯列入名单的决定部分是基于小鼠试验，该试验表明暴露于苯乙烯中的小鼠增加了患肺癌的可能性。

Schweitzer争辩道，小鼠肺中的苯乙烯被代谢成一种有毒化合物，从而导致肺癌，而人类能够在肺部把苯乙烯代谢成无毒物质。此外，他还提到两项研究——一个是在美国从1948年开始的，另一个是在欧洲自1960年起进行的——评估了6万人的数据，其中并没有显示出与苯乙烯相关的癌症。Schweitzer同时还进一步论证了发起这份名单的National Toxicology Program（NTP）并没有进行同行审查的过程，也没有考虑来自外部组织的输入，并缺乏进行质量评估的必要资源。

介电传感技术

Signature Control Engineering公司（以下简称“SCE”，为Ashland Performance Materials公司所拥有）的总经理Tom Trexler，认为用于热固性塑料和热塑性塑料的固化监测是优化复合材料制造的一种方式。SCE公司的技术使用模内传感器来测量树脂的电导率（阻抗传感）。当一种树脂发生交联时，其电导率会降低。然后，成型商可以测量出电导率，并建立起有助于避免部件过度固化或固化不足的工艺过程设置，使他们能够根据固定的固化状态与固定的固化时间来监测该过程。此外，若一个部件偏离最佳的周期时间，还会发出关键变量变化的警告，包括树脂变量的变化、物理环境中的变化、机器的变化或操作人员的变化等。Trexler介绍说，该技术的优势包括：能够缩短5％~20％的周期时间、消除固化不足的问题、减少废料的产生、实现更好的整体过程控制并获得更准确且更有用的过程数据。

图4 Owens Corning公司的Ashish Diwanji向观众解释了该公司正努力将一些以复合材料为基础和以可持续发展为重点的解决方案用于应对目前世界上几个最大的社会、政治和技术挑战，包括人口的高速增长、清洁水和能源的需求以及可回收性等（照片来自：SPE汽车/ Pam & Mike Brady）

会议中，Trexler概述了阻抗传感技术获得成功应用的3个案例，包括压缩成型SMC和注塑成型BMC。此外，该技术也可用于树脂传递模塑（RTM）。

经济前景

Lucintel公司的项目经理Chuck Kazmierski向与会者介绍了他对于复合材料行业在未来几年不断变化的经济形势的观点。他表示，复合材料在2010年的收入为$17.7亿，并预测到2016年的收入将上升至$27.4亿。复合成品在2010年的收入为$50.2亿，到2016年预计将达到$78.0亿。全球汽车复合材料在2010年的收入为$24亿，预计到2016年为$37亿。值得关注的是，复合材料在汽车上的应用只有3.6％，相比之下，在海事上的应用却高达68％。这意味着，复合材料在汽车行业拥有巨大的增长空间。然而Kazmierski认为，在大多数情况下，诸如由西格里集团和宝马集团最近成立的碳纤维/汽车合资企业等这类企业对于复合材料在高档车辆上的应用会有限制。

其他的趋势还包括：在未来5年内，美国复合材料行业的增长将超过美国GDP的增长；到2026年，世界上最大城市中的大多数将在发展中国家，而由此所导致的人口密度的增加将推动各种复合材料市场的发展，包括汽车市场；美国已达到最大的复合材料人均消耗量；到2016年，美国的风能产业每年将增长16％；到2016年，中国的风能产业每年将增长20％；美国国会将会延长风电产业生产税收抵免（PTC）的期限（原规定2012年到期）；到2016年，天然气的价格预计将每年增加7％。

聚丙烯和硅烷接枝

道康宁公司面向先进界面市场的塑料和复合材料添加剂应用工程师Scott Miller在会议中发表了关于使用熔融反应挤出工艺加工硅烷接枝聚丙烯（PP）的论文，并得到了人们的关注。这种聚合物工艺的结果是创造了一种新的单体，它能使PP树脂发生交联或者与木粉或玻璃纤维偶合，从而制得具有改善的力学性能和优异的耐热、耐水（水下浸泡）性能的复合材料。在测试中，该材料的性能表明，硅烷改性PP可以成为聚酰胺（PA）的替代品，后者是一种广受欢迎但更昂贵的工程热塑性塑料。而这同时也意味着，该材料能够将PP应用到那些以PA为主的汽车部件生产中。

连续的纤维结构

巴斯夫工程塑料的高级开发工程师Kipp Grumm介绍了其公司与法国Faurecia Automotive Seating公司的合作，他们在各种新工艺中使用连续纤维生产复合材料结构件。这种被称为包覆成型连续纤维的工艺涉及将预成型的连续玻璃纤维或碳纤维增强复合材料部件放置于注塑模具中，并和一种热塑性塑料包覆成型，最终获得结构性或部件集成的特点。目前，通过这种方法成功制得的零部件包括PMC Baycomp公司制造的笔记本电脑外壳，以及在热塑性材料供应商朗盛公司的帮助下开发的奥迪A7前端模块。

会议中，Grumm重点介绍了巴斯夫与Faurecia公司研制的汽车前座椅靠背，它在热成型过程中使用了连续纤维带。这一工艺过程包括切割热塑性/碳纤维预浸料片材，在加热过程中压实它们并将其热成型为最终的形状，然后用水射流或刳刨机进行修整。该座椅项目使得塑料/复合部件替代金属结构成为可能，并将座椅质量减轻了2.7kg，整体座椅的厚度仅为25.4mm。座椅靠背包含用聚酰胺6注塑成型的框架/盘结构，它通过提供结构完整性的碳纤维/热塑性插件沿每一侧对靠背进行增强。Grumm报道称，对该座椅进行的测试显示，它符合安全要求。

复合材料的可持续性

Owens Corning Composite Materials公司的创新副总裁Ashish Diwanji在推动复合材料应用的趋势方面提供了一个全球视角：复合材料不仅在汽车上应用，还包括其他各种应用。他强调说，Owens Corning公司日益关注复合材料在满足世界各地的可持续性要求方面所发挥的作用。

在指出人口增长/分布、气候变化、能源开发、全球化、技术研究和立法行动的宏观趋势后，Diwanji认为复合材料在应对新出现的挑战上发挥着非常重要的作用。他特别提到了清洁能源、水利基础设施、城市基础设施和工业轻量化是非常重要的发展机遇，可持续的复合材料解决方案必须平衡政府法规、产品寿命结束管理、减少CO2的要求、可回收性、产品生命周期成本和社会意识等各方面。当然，Diwanji说，世界各地的立法和监管可以说是复合材料未来发展的一个主要因素。他引用了欧盟的立法，其目标是到2015年达到CO2的最大许可含量，而到2020年实现增量下降。他总结道，“复合材料所面临的挑战是以立法开始，并以立法结束的。”

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2011年9月13~15日，塑料工程师学会（SPE）在美国密歇根州的特洛伊市举办了2011年汽车复合材料研讨会暨展览会（ACCE）。据统计，有480名来自汽车和复合材料行业的专业人士参加了这一年度聚会，而且这一数字比2008年经济衰退之前的最好一届还要多40人。前两届会议出于经济因素的考虑，会议时间压缩为2天，而此次会议又重新恢复为原来的3天。在会议期间，ACCE会议的组织者安排了有史以来最好的报告和论文集。