未來汽車復(fù)合材料的發(fā)展

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1、汽車應(yīng)用材料班級(jí)09汽修一班學(xué)號(hào)200913020姓名李文龍復(fù)合材料在現(xiàn)代汽車上的應(yīng)用1復(fù)合材料的概念、分類及性能特點(diǎn)1.1復(fù)合材料的概念復(fù)合材料，是由兩種或兩以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)經(jīng)一定方法合成而得到的一種新的多相固體材料。各種材料在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組種成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等

2、。1.2復(fù)合材料的分類復(fù)合材料是一種混合物。在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，代替了很多傳統(tǒng)的材料。1.2.1按其組成分類金屬與金屬復(fù)合材料、非金屬與金屬復(fù)合材料、非金屬與非金屬復(fù)合材料。1.2.2按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類復(fù)合材料按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為：纖維復(fù)合材料、夾層復(fù)合材料、細(xì)粒復(fù)合材料、混雜復(fù)合材料。纖維復(fù)合材料：將各種纖維增強(qiáng)體置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成。如纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬等。夾層復(fù)合材料：由性質(zhì)不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強(qiáng)度高、??；芯材質(zhì)輕、強(qiáng)度低，但具有一定剛度和厚度。分為實(shí)心夾層和蜂窩夾層兩種。細(xì)粒復(fù)合材料：將硬質(zhì)細(xì)粒均勻分布于基體中，如彌

3、散強(qiáng)化合金、金屬陶瓷等?；祀s復(fù)合材料。由兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料混雜于一種基體相材料中構(gòu)成。與普通單增強(qiáng)相復(fù)合材料比，其沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性顯著提高，并具有特殊的熱膨脹性能。分為層內(nèi)混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內(nèi)／層間混雜和超混雜復(fù)合材料。1.3復(fù)合材料的性能特點(diǎn)1.3.1高的比強(qiáng)度和比模度比強(qiáng)度、比模度高，對(duì)要求減輕自重和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)和零件是非常重要的，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的比強(qiáng)度是鋼的7倍、比模度是鋼的4倍。1.3.2抗疲勞性能好由于纖維復(fù)合材料對(duì)缺口、應(yīng)力集中敏感性小，而且纖維和基體界面能夠阻止和改變裂紋擴(kuò)展方向，因此復(fù)合材料有較高的疲

4、勞極限。研究表明，碳纖維復(fù)合材料的疲勞極限可達(dá)抗拉強(qiáng)度的70%~80%，而一般金屬材料的疲勞極限只有抗拉強(qiáng)度的40%~50%。1.3.3良好的破裂安全性能纖維復(fù)合材料中有大量獨(dú)立的纖維，平均每立方厘米面積上有幾千到幾萬根纖維，當(dāng)纖維復(fù)合材料構(gòu)件由于超載或其他原因使少數(shù)纖維斷裂時(shí)，載荷就會(huì)重新分配到其他未斷裂的纖維上，因而構(gòu)件不致在短期內(nèi)發(fā)生突然破壞，故破裂安全性好。1.3.4優(yōu)良的高溫性能由于增強(qiáng)纖維的熔點(diǎn)均很高，而且在高溫條件下仍然可保持較高的高溫強(qiáng)度，故用它們?cè)鰪?qiáng)的復(fù)合材料具有較高高溫強(qiáng)度和彈性模度。1.3.5減震性能好結(jié)構(gòu)的自振頻率與材料的比模量的平方

5、根成正比，而復(fù)合材料比模量高，其自振頻率也高，高的自振頻率就不容易引起工作時(shí)的共振，這樣就可避免因共振而產(chǎn)生的早期破壞。同時(shí)復(fù)合材料中纖維及基體間的界面具有吸振能力，因此它的振動(dòng)阻尼很高。1.3.6成型工藝簡便靈活及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)對(duì)于形狀復(fù)雜的構(gòu)件，根據(jù)受力情況可以一次整體成型。減少了零件、緊固件和接頭數(shù)目，材料利用率較高。例如日產(chǎn)布爾巴特汽車前端板，用鋼板制造時(shí)由20多個(gè)零件組成，而用纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料，則用7個(gè)零件就可以。2復(fù)合材料在汽車上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)由于復(fù)合材料具有特殊的振動(dòng)阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可用于制造

6、汽車車身、受力構(gòu)件、傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)架及其內(nèi)部構(gòu)件。而復(fù)合材料在汽車上應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)有：2.1減輕整車重量復(fù)合材料密度較小，如樹脂基復(fù)合材料的密度一般不超過2g/cm3。汽車重量減輕，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，從而帶來更小的功率需求，驅(qū)動(dòng)引擎和懸掛裝置，進(jìn)而減少?zèng)_擊危險(xiǎn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，汽車重量每減輕100kg,意味著行駛時(shí)能節(jié)省燃油0.7L/110km。除了對(duì)汽車的各種零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)外，采用高性能輕質(zhì)材料也是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的一條重要途徑。據(jù)估計(jì)，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用和使汽車車身，底盤的重量減輕40%-60%，相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)重量的1/3-1/6。英國材料系統(tǒng)

7、實(shí)驗(yàn)室曾對(duì)碳纖維復(fù)合材料的減重效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明，碳纖維增強(qiáng)聚合物材料的車身僅重172kg，而鋼制車身重量則為368kg。2.2可設(shè)計(jì)性強(qiáng)復(fù)合材料增強(qiáng)用的纖維是柔軟的，樹脂是可以流動(dòng)的。這表明，在制造過程中，它們可以再形成所需性狀后再復(fù)合固化，制成最終制件。對(duì)于曲面性狀的汽車構(gòu)件，當(dāng)用具有一定厚度的鋼板沖壓成型時(shí)，其曲面的形狀往往受到限制，而使用復(fù)合材料時(shí)，比較易于制成各種形狀的曲面，從而達(dá)到空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和美觀方面的要求。同時(shí)，復(fù)合材料的課設(shè)計(jì)性非常強(qiáng)，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和受力情況，通過調(diào)整纖維的取向,織物的組織結(jié)構(gòu)，排列的方式等，就可制成滿足不同要求的制品

8、。2.3縮短開發(fā)周期復(fù)合材料用品往往是材料制造與產(chǎn)品