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FRP玻璃鋼復合材料論壇

標題: 復材與工程車輛的發(fā)展 [打印本頁]

作者: gongzhiming 時間: 2011-12-15 09:24
標題: 復材與工程車輛的發(fā)展
機械工程材料也可按用途分類，如結構材料（結構鋼）。工模具材料（工具鋼）。耐蝕材料（不銹鋼）、耐熱材料（耐熱鋼）、耐磨材料（耐磨鋼）和減摩材料等。由于材料與工藝緊密聯(lián)系，也可結合工藝特點來進行分類，如鑄造合金材料、超塑性材料、粉末冶金材料等。粉末冶金可以制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，也可直接制造各種精密機械零件，已發(fā)展成一類粉末冶金材料。目前工程機械盡管在發(fā)動機技術、底盤系統(tǒng)、操作環(huán)境等設施中不斷改進，性能已有一定的提升，但仍存在許多薄弱環(huán)節(jié)。尤其是一些配件易疲勞磨損、密封性差等缺點，影響著整機的使用性能，尚需改進。目前各種機械配件基本上采用傳統(tǒng)的各種合金鋼，其優(yōu)點有強度和彈性模量高、韌性好、各向受力均勻、可靠性高、對動載的適應性強以及設計計算理論成熟等，但重量大、機動性差、耐腐蝕性差、維修保養(yǎng)費用高等缺點也很明顯，特別是重量大引起的一系列問題，如不良作業(yè)環(huán)境的適應性差、不利于機動靈活等等。
復合材料由于各組分材料在性能上協(xié)調作用，可以得到單組分材料無法比擬的優(yōu)越性能，具有剛度大、強度高、重量輕等優(yōu)點。根據(jù)基體不同大致可分為三類：金屬基復合材料(MMC)、陶瓷基復合材料(CMC)和各種纖維增強的樹脂基復合材料(FRP)。它們主要優(yōu)點有：比強度和比模量高；化學穩(wěn)定性優(yōu)良；減摩、耐磨、自潤滑性好；韌性和抗熱沖擊性好；有很大的材料設計自由度，具有耐燒蝕性、耐輻射性、耐蠕變性及特殊的光、電、磁效能。由于性能優(yōu)異，在許多領域已得到廣泛應用。但現(xiàn)今機械裝備業(yè)中僅有密封及耐磨部件等少部分裝置中采用了復合材料，因此研究如何將復合材料應用于工程機械從而改進現(xiàn)有機械的性能，有著重要的實際意義。
復合材料按用途可分為功能性和結構性兩種，將功能性復合材料如耐磨、耐高溫及防護性材料應用于機械零部件中，可延長部件的使用壽命，提高機械的使用性能；將結構性復合材料用于車體，由于它質量輕、強度和模量高，用作承力結構后可大大減輕車身重量，提高機械的作業(yè)效率和機動靈活性。據(jù)粗略計算，在一定的范圍內(nèi)機械重量尤其是工裝重量每減少5％，作業(yè)效率可提高15％，燃油經(jīng)濟性可提高5％～10％，車身的機動性也可大大提高。

工程機械裝備適用復合材料
1、在機械內(nèi)燃機系統(tǒng)上的應用
工程機械內(nèi)燃機長期工作在高溫高壓下，活塞與活塞環(huán)、缸壁間不斷產(chǎn)生摩擦，潤滑條件不充分，工作條件非常惡劣，尤其是在大功率的發(fā)動機中，普通的鑄鐵或鋁合金活塞易發(fā)生變形、疲勞熱裂?？刹捎茫?br /> （1）陶瓷纖維增強金屬基復合物，如陶瓷增強鋁基復合材料的耐磨性已達到最好材料Ni—resist鑄鐵的水平，國外推出了氧化鋁纖維增強鋁鎂合金制造的活塞，高溫強度和抗熱疲勞性能明顯提高，并具有較低的線膨脹系數(shù)；
（2）金屬基復合材料，比一般的金屬材料耐磨性可提高50％左右，耐熱性也有極大提高，而且改善了發(fā)動機活塞的強度；
（3）碳化硅顆?；蚓ы氃鰪婁X也正在試用制造發(fā)動機活塞，其耐熱性、耐磨性和強度均佳。在活塞頭的局部或全部采用復合材料后可以提高活塞工作穩(wěn)定性和使用壽命，降低油耗和廢氣排放量，解決目前工程機械發(fā)動機功率大、活塞易磨損的突出現(xiàn)象，有廣闊的應用前景。傳統(tǒng)的鋁合金鋼套，重量較大，氣缸易變形，耐磨性也不高。70年代國際鎳公司研制石墨鋁基復合材料以代替鑄鐵鋼套，在一定程度上提高了耐磨性、抗咬合性、自潤滑性和功率。如采用碳合金增強的鋁合金鋼套，不但重量較小，減輕氣缸變形，提高耐磨性，而且可降低線膨脹系數(shù)和油耗，改善導熱性。提高柴油機缸體抗磨性可采用鋁基復合材料，并用1120 與碳纖維的混合物作為增強物，在鋁合金缸體的內(nèi)表層形成2mm厚含纖維體積約為15％的復合材料層。發(fā)動機進氣和燃油系統(tǒng)零部件采用玻璃纖維增強尼龍材料可改善效能，尼龍12／不銹鋼復合材料制成的濾清器，可以比以往材料過濾效果好，耐腐蝕，重量輕且降低成本。氣門、挺柱、搖臂、彈簧以及渦流增壓器的渦輪等部件改用陶瓷復合材料后，可提高其工作耐疲勞度，允許發(fā)動機小幅度提高轉速來提高功率。另外，氣缸蓋、活塞銷以及排氣管等部件采用陶瓷復合材料，較傳統(tǒng)材料更輕量化、耐疲勞、耐腐蝕、耐沖壓、使用壽命長。美國杜邦公司新開發(fā)出的剛玉纖維增強鋁鋰合金，其重量輕、強度好、抗拉強度很大且膨脹系數(shù)小。若將其鑄造連桿雖成本有所提高，但可大幅度提高發(fā)動機效率，剛度、強度和疲勞極限都能滿足高性能發(fā)動機的要求。另外開發(fā)的一種不銹鋼加強的鐵合金造價較低，制造成連桿重量比傳統(tǒng)材料可減輕30％，發(fā)動機功率和燃料經(jīng)濟性能也有所提高。

2、在車體、工作裝置及部分零部件上的應用
1984年，碳纖維復合材料已成功地用于制造汽車的主動軸、彈簧、發(fā)動機蓋、離合器磨擦片、支架推桿、制動盤及其總成等，但其存在易變形、磨損等缺點，采用碳纖維改性材料與金屬基體的復合物，可提高使用壽命，降低維護和修理的費用。在保持原有的結構性能、不影響作業(yè)性能的情況下適當采用復合材料如玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)做成車身骨架可使傳統(tǒng)的鋼質車身骨架減重，最多可減輕20％～30％，這將提高機械車輛的機動性和作業(yè)效能。若由于作業(yè)要求需保持原有重量，也可在部分采用復合材料車身后加裝其它設備。
傳統(tǒng)的工裝往往都是由合金鋼制成，當機械有較長作業(yè)臂時如挖掘機，挖掘裝置需自重較大。將復合材料應用于工裝中，可以以較輕的重量取得相同的性能，這樣，車體重心將更加穩(wěn)固，在相同馬力情況下，可以加大工作裝置的尺寸，完成更多的工作量，提高了作業(yè)效率。例如，在挖掘機作業(yè)裝置中，工作臂中斗桿屬于強力結構件，需用能承受較大拉壓應力和彎矩的材料。采用硼纖維增強鋁基復合材料與合金鋼相結合，重量減輕2／3，即可達到相同的力學性能指標。鏟斗則可采用碳纖維增強金屬基復合材料，既重量小，又不粘土、易于物料的自由流動、可設計性也得到提高。用石墨／鋁復合材料制成的軸承重量可比巴氏合金減少一半，但摩擦系數(shù)卻同樣小且耐磨性、導熱性優(yōu)良。碳銅復合材料同樣可作為自潤滑軸承材料。在中等載荷及潤滑條件下鋁／石墨復合材料可代替銅基或錫基合金，具有更好的耐磨性。制動鼓傳統(tǒng)用鑄鐵制造，但鑄鐵比重大，導熱性差，用碳化硅顆粒增強鋁合金金屬基復合材料可用來解決這個問題，重量比鑄鐵輕50％～60％，慣性力、噪音、都大大減小，且磨損小導熱性比鑄鐵提高5～7倍。
結論：
機械產(chǎn)品的可靠性和先進性，除設計因素外，在很大程度上取決于所選用材料的質量和性能。新型材料的發(fā)展是發(fā)展新型產(chǎn)品和提高產(chǎn)品質量的物質基礎。各種高強度材料的發(fā)展，為發(fā)展大型結構件和逐步提高材料的使用強度等級，減輕產(chǎn)品自重提供了條件;高性能的高溫材料、耐腐蝕材料為開發(fā)和利用新能源開辟了新的途徑?，F(xiàn)代發(fā)展起來的新型材料有新型纖維材料、功能性高分子材料、非晶質材料、單晶體材料、精細陶瓷和新合金材料等，對于研制新一代的機械產(chǎn)品有重要意義。如碳纖維比玻璃纖維強度和彈性更高，用于制造飛機和汽車等結構件，能顯著減輕自重而節(jié)約能源。精細陶瓷如熱壓氮化硅和部分穩(wěn)定結晶氧化鋯，有足夠的強度，比合金材料有更高的耐熱性，能大幅度提高熱機的效率，是絕熱發(fā)動機的關鍵材料。還有不少與能源利用和轉換密切有關的功能材料的突破，將會引起機電產(chǎn)品的巨大變革。

隨著科學技術的發(fā)展，尤其是材料測試分析技術的不斷提高，如電子顯微技術、微區(qū)成分分析技術等的應用，材料的內(nèi)部結構和性能間的關系不斷被揭示，對于材料的認識也從宏觀領域進入微觀領域。在認識各種材料的共性基本規(guī)律的基礎上，正在探索按指定性能來設計新材料的途徑。

近日，繼80米全球最長七節(jié)臂六橋碳纖維泵車成功下線后，中聯(lián)重科融合CIFA最新歐洲技術自主研發(fā)的又一碳纖維系列——63米泵車在混凝土機械公司總裝車間成功下線，它是目前世界上最長的六節(jié)臂五橋碳纖維泵車，它的成功下線，再次創(chuàng)造了中聯(lián)泵車的又一新突破。標志著碳纖維在工程車輛上的使用進一步深化，大大促進纖維行業(yè)的發(fā)展。
（我公司是一家專業(yè)化生產(chǎn)復合材料的企業(yè)，以研究、開發(fā)和生產(chǎn)高性能樹脂基體、各種預浸料、高檔民用復合材料為主。
2010年，公司引進瑞士Santex集團最為先進的，幅寬1600mm的熱熔預浸料生產(chǎn)線，具有年生產(chǎn)碳纖維、芳綸、玻璃纖維及其織物預浸料1000萬平方米的能力。該生產(chǎn)線還配置了缺陷和疵點檢測與消除系統(tǒng)，是目前國際最先進、控制精度最高的預浸料生產(chǎn)線?？蔀槊裼蔑w機、能源、汽車、交通運輸、醫(yī)療器械、高檔體育休閑用品等先進復合材料制品生產(chǎn)企業(yè)提供各種規(guī)格預浸料。
公司還與清華大學汽車工程系、美國雅奇公司簽訂了戰(zhàn)略技術合作協(xié)議，加強在碳纖維復合材料領域的技術合作。
目前公司主要提供高、中、低溫固化樹脂、碳纖維預浸料，并可以與客戶共同開發(fā)碳纖維復合材料。歡迎各位朋友聯(lián)系、咨詢。
QQ：529663697
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