汽車行業(yè)用材料及工藝

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        用材體系方面，汽車工業(yè)用先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)以碳纖維為主，從低成本角度出發(fā)應(yīng)以大絲束（24K以上）或較大絲束（如12k）為主，較航空航天所用的3K纖維便宜3～4倍。
       樹脂方面，汽車工業(yè)會(huì)用到熱固性復(fù)合材料（Thermosetting plastic），又會(huì)較多的用到熱塑性復(fù)合材料（Thermoplastic）。結(jié)構(gòu)用熱固性復(fù)合材料多以環(huán)氧樹脂為主，熱塑性基體可有多種，如PP、PPS或尼龍。一般講熱塑性復(fù)合材料，耐環(huán)境性和抗沖擊性會(huì)更好，且可回收利用。其中玻纖氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料GMT（Glass Mat Reinforced Thermoplastic）和長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料LFT（long Fiber Thermoplastic）,比較多地用于汽車工業(yè)中。特別是LFT技術(shù)可用各種長(zhǎng)短纖維，采用整體模壓技術(shù)，效率高、成本低，歐洲已成功應(yīng)用20多年，近期國(guó)內(nèi)有引進(jìn)。
       另外，汽車的某些制件特別是內(nèi)裝飾件還會(huì)大量用到生物纖維或稱天然纖維復(fù)合材料。增強(qiáng)纖維可有大麻（hemp）、亞麻（flax）黃麻（jute）等，可與熱固性的環(huán)氧、酚醛樹脂以及熱塑性樹脂復(fù)合形成復(fù)合材料，可用于汽車內(nèi)裝飾件及外部結(jié)構(gòu)上，如儀表板、車頂、車身板、車門等處。應(yīng)用中可減重10～30%，成本低、易成型、可再生，原材料來源廣，福特、寶馬、奧迪、雷諾、沃爾沃等公司均有應(yīng)用。加拿大的Motive工業(yè)公司甚至用大麻復(fù)合材料成功制造了一個(gè)整車車體，其強(qiáng)度相當(dāng)于玻璃鋼的，但重量及成本較之均有下降。表1給出了部分天然纖維的力學(xué)性能。
表1  部分天然纖維的力學(xué)性能
纖維    模量Gpa     強(qiáng)度Mpa      斷裂伸長(zhǎng)%        密度g/CM3
黃麻    10～25       400～800      1～2                   1.46
劍麻    46                      700            2～3                    1.33
大麻    26～30           500～900    1～6                    1.48
亞麻    48～85           800～2000    2.4～3.0             1.54
蕁麻    87±28           1594±642    2.11±0.81                 1.5
玻纖    72                   2200            3                            2.54

        制造工藝方面，現(xiàn)在的復(fù)合材料工藝原則上均可用到汽車工業(yè)。但汽車生產(chǎn)量大面廣應(yīng)特別注意低成本的快速成形方法，如航空航天上主承力件多用熱壓罐成形工藝，設(shè)備成本高，成形時(shí)間長(zhǎng)，能源消耗大，一般講汽車 工業(yè) 應(yīng)少用或不用。汽車工業(yè)應(yīng)優(yōu)先采用模壓（Compression Moulding）成形工藝，如前述的LFT技術(shù)，特別是新興的RTM（樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形）技術(shù)，是世界上公認(rèn)的低成本復(fù)合材料成形技術(shù)，發(fā)展很快，汽車工業(yè)已廣泛采用，其他常規(guī)的成形技術(shù)，如纏繞，拉擠等技術(shù)也會(huì)用到，如氣瓶，軸類零件一般可用纏繞成形。模具較金屬的成本低，但為滿足大批量生產(chǎn)制造的需要，應(yīng)以鋼和鋁合金的為主，航空上現(xiàn)已常用的復(fù)合材料模具可能不適宜，因其不適于大批生產(chǎn)的需要。

來源:沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所 陳紹杰   

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