汽車(chē)材料教學(xué)課件作者武丹第7章　復(fù)合材料、摩擦材料.ppt

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1、第7章　復(fù)合材料、摩擦材料7.1復(fù)合材料7.2摩擦材料返回７.１　復(fù)合材料７.１.１　復(fù)合材料的性能、組成及分類(lèi)１.復(fù)合材料的概念在汽車(chē)的輕量化進(jìn)程中，由于金屬、塑料、橡膠、陶瓷等材料在性能上各有優(yōu)點(diǎn)與不足，各有較合適的應(yīng)用范圍。因而，高性能的復(fù)合材料的發(fā)展及在汽車(chē)中的應(yīng)用變得特別重要。復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)經(jīng)一定方法合成而得到一種新的多相固體材料。復(fù)合材料可改善或克服組成材料的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮材料的綜合性能，例如，塑料和玻璃的強(qiáng)度及韌性都不強(qiáng)，而其復(fù)合而成的材料(玻璃纖維塑料)卻有很高的強(qiáng)度與韌性，而且質(zhì)量很小。下一頁(yè)返回７.１　復(fù)合材料復(fù)合材料可按照

2、構(gòu)件和受力要求，給出預(yù)定的、分布合理的配套性能，進(jìn)行材料的最佳設(shè)計(jì)。汽車(chē)保險(xiǎn)杠和板簧等零件使其纖維方向與受力方向垂直，傳動(dòng)軸中的纖維方向與軸向呈４５°時(shí)，既可使零件得到合理的強(qiáng)度和剛性，又使輕量化效果大大提高。復(fù)合材料可以創(chuàng)造單一材料不易具備的性能和功能，或在同一時(shí)間里發(fā)揮不同的功能。黃銅片與鐵片的雙金屬片復(fù)合材料如圖７-１所示，具有控制溫度開(kāi)關(guān)的功能。由兩層塑料的中間夾一層銅片所構(gòu)成的復(fù)合材料如圖７-２所示，能在同一時(shí)間里的不同方向上具有導(dǎo)電和隔熱的雙重功能。這些功能都是單一材料所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。所以，復(fù)合材料開(kāi)拓了一條創(chuàng)造材料功能的新途徑。上一頁(yè)下一頁(yè)返回７.１　復(fù)合材料２.復(fù)合材

3、料的組成復(fù)合材料的組成見(jiàn)表７-１。３.復(fù)合材料的分類(lèi)復(fù)合材料可以由金屬、高分子聚合物和陶瓷中任意兩者來(lái)合成，也可以由兩種或更多的金屬、陶瓷、高分子聚合物來(lái)制備。因此復(fù)合的范圍很廣、種類(lèi)很多，具體見(jiàn)表７-２。目前使用最多的主要復(fù)合材料如圖７-３所示。４.復(fù)合材料的性能特點(diǎn)復(fù)合材料中的各組成材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短并保持各自的最佳特性，從而獲得優(yōu)良的性能效果，與其他材料相比較的突出特點(diǎn)如下:(１)比強(qiáng)度和比模量較高:復(fù)合材料有比其他材料高得多的比強(qiáng)度(強(qiáng)度極限除以密度)和比模量(彈性模量除以密度)；上一頁(yè)下一頁(yè)返回７.１　復(fù)合材料(２)抗疲勞性能好:多數(shù)金屬的疲勞極限是拉伸強(qiáng)度的４０％

4、~５０％，而碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料則可達(dá)７０％~８０％；(３)破損安全性好:復(fù)合材料每平方厘米上獨(dú)立的纖維有幾千根甚至幾萬(wàn)根，當(dāng)構(gòu)件過(guò)載并有少量纖維斷裂后，會(huì)迅速進(jìn)行應(yīng)力重新分配，由未斷裂的纖維來(lái)承載，使構(gòu)件在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)失去承載能力，提高使用安全性；(４)高溫性能好:一般鋁合金在４００℃時(shí)彈性模量大幅度降低，強(qiáng)度顯著下降，而碳(或硼)纖維增強(qiáng)鋁合金制成的復(fù)合材料在此溫度下強(qiáng)度和模量基本不變，是高溫狀態(tài)下工作零件的理想材料；(５)減振性良好:機(jī)械的自振頻率與材料比彈性模量的平方根成正比，由于復(fù)合材料的比模量大，自振頻率很高，不易產(chǎn)生共振。纖維與基體的界面具有吸振能力，故振動(dòng)阻尼高；上

5、一頁(yè)下一頁(yè)返回７.１　復(fù)合材料(６)獨(dú)特的成形工藝:復(fù)合材料可以整體成型，減少了零部件緊固和接頭數(shù)目，材料利用率也高得多。例如，硼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，１００ｋｇ的原料可獲得８０ｋｇ的零件。各種材料的性能比較見(jiàn)表７-３。７.１.２　復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用在汽車(chē)上所采用的復(fù)合材料是纖維增強(qiáng)塑料(ＦＲＰ)、纖維增強(qiáng)陶瓷(ＦＲＣ)、纖維增強(qiáng)金屬(ＦＲＭ)。１.纖維增強(qiáng)塑料(ＦＲＰ)(１)纖維增強(qiáng)塑料(ＦＲＰ)的種類(lèi)見(jiàn)表７-４。上一頁(yè)下一頁(yè)返回７.１　復(fù)合材料(２)纖維增強(qiáng)塑料(ＦＲＰ)作為汽車(chē)材料的特點(diǎn)。ＦＲＰ密度低，且比強(qiáng)度高，因而可減輕汽車(chē)自重，降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，提高燃料利用率；由于ＦＲＰ

6、的流動(dòng)性和層壓性好，可制成形狀各異的曲面，其設(shè)計(jì)自由度大，有利于設(shè)計(jì)空氣阻力小的車(chē)身形狀，滿(mǎn)足美觀(guān)要求，可一體成型，減少裝配工序；著色方便，在樹(shù)脂中混入顏料可達(dá)到任意著色的目的；可隨時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)整纖維配比及排列，以便在不同取向上得到合理的強(qiáng)度和剛性，也可任意調(diào)整厚度，從而制成輕量的不等向性、不等厚度的制件；耐沖擊性好，可大量吸收沖擊能，有利于提高安全性。不足之處是生產(chǎn)率低，可靠性差，接合強(qiáng)度低(只能鉚接或化學(xué)黏結(jié))，阻熱性、耐燃性、表面涂裝性差等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回７.１　復(fù)合材料(３)玻璃纖維增強(qiáng)材料(ＧＴＲＰ)。玻璃纖維增強(qiáng)材料是汽車(chē)上應(yīng)用最廣的復(fù)合材料，它的成型方法及在汽車(chē)

7、上的應(yīng)用歸納如下:ＢＭＣ材料(即塊狀模壓塑料):ＢＭＣ材料是加有填料、化學(xué)增稠劑、固化劑、顏料、脫模劑等的樹(shù)脂與短切玻璃纖維等主要成分混合成塊料，裝入配合擠壓模后壓縮成型的，其為預(yù)制材料。其成型自由度大，但是在混合攪拌時(shí)玻璃纖維被破壞，使強(qiáng)度下降。ＢＭＣ生產(chǎn)的汽車(chē)零件有輕型車(chē)進(jìn)氣罩下體、護(hù)風(fēng)圈、前大燈、前端電樞、空調(diào)器殼、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)殼等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回７.１　復(fù)合材料ＳＭＣ材料(片狀模壓塑料復(fù)合材料):ＳＭＣ是用低黏度的不飽和聚酯樹(shù)脂、填充劑、增稠劑、固化劑、