復(fù)材與工程車輛的發(fā)展

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機(jī)械工程材料也可按用途分類，如結(jié)構(gòu)材料（結(jié)構(gòu)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(jié)合工藝特點(diǎn)來(lái)進(jìn)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(jī)械零件，已發(fā)展成一類粉末冶金材料。    目前工程機(jī)械盡管在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、底盤系統(tǒng)、操作環(huán)境等設(shè)施中不斷改進(jìn)，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(diǎn)，影響著整機(jī)的使用性能，尚需改進(jìn)。目前各種機(jī)械配件基本上采用傳統(tǒng)的各種合金鋼，其優(yōu)點(diǎn)有強(qiáng)度和彈性模量高、韌性好、各向受力均勻、可靠性高、對(duì)動(dòng)載的適應(yīng)性強(qiáng)以及設(shè)計(jì)計(jì)算理論成熟等，但重量大、機(jī)動(dòng)性差、耐腐蝕性差、維修保養(yǎng)費(fèi)用高等缺點(diǎn)也很明顯，特別是重量大引起的一系列問(wèn)題，如不良作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性差、不利于機(jī)動(dòng)靈活等等。
    復(fù)合材料由于各組分材料在性能上協(xié)調(diào)作用，可以得到單組分材料無(wú)法比擬的優(yōu)越性能，具有剛度大、強(qiáng)度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)基體不同大致可分為三類：金屬基復(fù)合材料(MMC)、陶瓷基復(fù)合材料(CMC)和各種纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料(FRP)。它們主要優(yōu)點(diǎn)有：比強(qiáng)度和比模量高；化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良；減摩、耐磨、自潤(rùn)滑性好；韌性和抗熱沖擊性好；有很大的材料設(shè)計(jì)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(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)今機(jī)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(fù)合材料，因此研究如何將復(fù)合材料應(yīng)用于工程機(jī)械從而改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械的性能，有著重要的實(shí)際意義。
    復(fù)合材料按用途可分為功能性和結(jié)構(gòu)性兩種，將功能性復(fù)合材料如耐磨、耐高溫及防護(hù)性材料應(yīng)用于機(jī)械零部件中，可延長(zhǎng)部件的使用壽命，提高機(jī)械的使用性能；將結(jié)構(gòu)性復(fù)合材料用于車體，由于它質(zhì)量輕、強(qiáng)度和模量高，用作承力結(jié)構(gòu)后可大大減輕車身重量，提高機(jī)械的作業(yè)效率和機(jī)動(dòng)靈活性。據(jù)粗略計(jì)算，在一定的范圍內(nèi)機(jī)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(jì)性可提高5％ ～10％，車身的機(jī)動(dòng)性也可大大提高。

    工程機(jī)械裝備適用復(fù)合材料
    1、在機(jī)械內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用
    工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)長(zhǎng)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(rùn)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(dòng)機(jī)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(qiáng)金屬基復(fù)合物，如陶瓷增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的耐磨性已達(dá)到最好材料Ni—resist鑄鐵的水平，國(guó)外推出了氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁鎂合金制造的活塞，高溫強(qiáng)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(fù)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(dòng)機(jī)活塞的強(qiáng)度；
    （3）碳化硅顆?；蚓ы氃鰪?qiáng)鋁也正在試用制造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，其耐熱性、耐磨性和強(qiáng)度均佳。在活塞頭的局部或全部采用復(fù)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(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)功率大、活塞易磨損的突出現(xiàn)象，有廣闊的應(yīng)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(guó)際鎳公司研制石墨鋁基復(fù)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(rùn)滑性和功率。如采用碳合金增強(qiáng)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(dǎo)熱性。提高柴油機(jī)缸體抗磨性可采用鋁基復(fù)合材料，并用1120 與碳纖維的混合物作為增強(qiáng)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(fù)合材料層。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和燃油系統(tǒng)零部件采用玻璃纖維增強(qiáng)尼龍材料可改善效能，尼龍12／不銹鋼復(fù)合材料制成的濾清器，可以比以往材料過(guò)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(fù)合材料后，可提高其工作耐疲勞度，允許發(fā)動(dòng)機(jī)小幅度提高轉(zhuǎn)速來(lái)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(fù)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(zhǎng)。美國(guó)杜邦公司新開(kāi)發(fā)出的剛玉纖維增強(qiáng)鋁鋰合金，其重量輕、強(qiáng)度好、抗拉強(qiáng)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(dòng)機(jī)效率，剛度、強(qiáng)度和疲勞極限都能滿足高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。另外開(kāi)發(fā)的一種不銹鋼加強(qiáng)的鐵合金造價(jià)較低，制造成連桿重量比傳統(tǒng)材料可減輕30％，發(fā)動(dòng)機(jī)功率和燃料經(jīng)濟(jì)性能也有所提高。


    2、在車體、工作裝置及部分零部件上的應(yīng)用
    1984年，碳纖維復(fù)合材料已成功地用于制造汽車的主動(dòng)軸、彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、離合器磨擦片、支架推桿、制動(dòng)盤及其總成等，但其存在易變形、磨損等缺點(diǎn)，采用碳纖維改性材料與金屬基體的復(fù)合物，可提高使用壽命，降低維護(hù)和修理的費(fèi)用。在保持原有的結(jié)構(gòu)性能、不影響作業(yè)性能的情況下適當(dāng)采用復(fù)合材料如玻璃纖維增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)做成車身骨架可使傳統(tǒng)的鋼質(zhì)車身骨架減重，最多可減輕20％ ～30％，這將提高機(jī)械車輛的機(jī)動(dòng)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(fù)合材料車身后加裝其它設(shè)備。
    傳統(tǒng)的工裝往往都是由合金鋼制成，當(dāng)機(jī)械有較長(zhǎng)作業(yè)臂時(shí)如挖掘機(jī)，挖掘裝置需自重較大。將復(fù)合材料應(yīng)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(jī)作業(yè)裝置中，工作臂中斗桿屬于強(qiáng)力結(jié)構(gòu)件，需用能承受較大拉壓應(yīng)力和彎矩的材料。采用硼纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料與合金鋼相結(jié)合，重量減輕2／3，即可達(dá)到相同的力學(xué)性能指標(biāo)。鏟斗則可采用碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，既重量小，又不粘土、易于物料的自由流動(dòng)、可設(shè)計(jì)性也得到提高。用石墨／鋁復(fù)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(dǎo)熱性優(yōu)良。碳銅復(fù)合材料同樣可作為自潤(rùn)滑軸承材料。在中等載荷及潤(rùn)滑條件下鋁／石墨復(fù)合材料可代替銅基或錫基合金，具有更好的耐磨性。制動(dòng)鼓傳統(tǒng)用鑄鐵制造，但鑄鐵比重大，導(dǎo)熱性差，用碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁合金金屬基復(fù)合材料可用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，重量比鑄鐵輕50％ ～60％ ，慣性力、噪音、都大大減小，且磨損小導(dǎo)熱性比鑄鐵提高5～7倍。
   結(jié)論：
    機(jī)械產(chǎn)品的可靠性和先進(jìn)性，除設(shè)計(jì)因素外，在很大程度上取決于所選用材料的質(zhì)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(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。各種高強(qiáng)度材料的發(fā)展，為發(fā)展大型結(jié)構(gòu)件和逐步提高材料的使用強(qiáng)度等級(jí)，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(kāi)發(fā)和利用新能源開(kāi)辟了新的途徑?，F(xiàn)代發(fā)展起來(lái)的新型材料有新型纖維材料、功能性高分子材料、非晶質(zhì)材料、單晶體材料、精細(xì)陶瓷和新合金材料等，對(duì)于研制新一代的機(jī)械產(chǎn)品有重要意義。如碳纖維比玻璃纖維強(qiáng)度和彈性更高，用于制造飛機(jī)和汽車等結(jié)構(gòu)件，能顯著減輕自重而節(jié)約能源。精細(xì)陶瓷如熱壓氮化硅和部分穩(wěn)定結(jié)晶氧化鋯，有足夠的強(qiáng)度，比合金材料有更高的耐熱性，能大幅度提高熱機(jī)的效率，是絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵材料。還有不少與能源利用和轉(zhuǎn)換密切有關(guān)的功能材料的突破，將會(huì)引起機(jī)電產(chǎn)品的巨大變革。

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是材料測(cè)試分析技術(shù)的不斷提高，如電子顯微技術(shù)、微區(qū)成分分析技術(shù)等的應(yīng)用，材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能間的關(guān)系不斷被揭示，對(duì)于材料的認(rèn)識(shí)也從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域。在認(rèn)識(shí)各種材料的共性基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，正在探索按指定性能來(lái)設(shè)計(jì)新材料的途徑。

  近日，繼80米全球最長(zhǎng)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(shù)自主研發(fā)的又一碳纖維系列——63米泵車在混凝土機(jī)械公司總裝車間成功下線，它是目前世界上最長(zhǎng)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(biāo)志著碳纖維在工程車輛上的使用進(jìn)一步深化，大大促進(jìn)纖維行業(yè)的發(fā)展。
  （我公司是一家專業(yè)化生產(chǎn)復(fù)合材料的企業(yè)，以研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)高性能樹(shù)脂基體、各種預(yù)浸料、高檔民用復(fù)合材料為主。
2010年，公司引進(jìn)瑞士Santex集團(tuán)最為先進(jìn)的，幅寬1600mm的熱熔預(yù)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(yù)浸料1000萬(wàn)平方米的能力。該生產(chǎn)線還配置了缺陷和疵點(diǎn)檢測(cè)與消除系統(tǒng)，是目前國(guó)際最先進(jìn)、控制精度最高的預(yù)浸料生產(chǎn)線?？蔀槊裼蔑w機(jī)、能源、汽車、交通運(yùn)輸、醫(yī)療器械、高檔體育休閑用品等先進(jìn)復(fù)合材料制品生產(chǎn)企業(yè)提供各種規(guī)格預(yù)浸料。
公司還與清華大學(xué)汽車工程系、美國(guó)雅奇公司簽訂了戰(zhàn)略技術(shù)合作協(xié)議，加強(qiáng)在碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域的技術(shù)合作。
目前公司主要提供高、中、低溫固化樹(shù)脂、碳纖維預(yù)浸料，并可以與客戶共同開(kāi)發(fā)碳纖維復(fù)合材料。歡迎各位朋友聯(lián)系、咨詢。
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