浅谈复合材料在汽车领域的应用优势

上传时间:2019-09-29 17:48:21    来源:

当代汽车工业主要面临环境保护、能源消耗和安全问题,这些也是汽车工业在过去和未来一直都面临的压力。世界汽车工业发展的趋势表明,安全、节能、环保型的汽车已成为21世纪汽车发展的主流,而要实现安全、节能和环保这一目标,汽车轻量化则是最佳的途径。

为了适应汽车轻量化的要求,世界各国相继研究开发了各种轻质的汽车用材料,并在逐渐扩大应用范围,如高强度钢、镁、铝合金以及树脂基复合材料(以下简称复合材料)等。目前中国的汽车工业正在进入新一轮的调整期,中国汽车工业发展的方向也将出现调整,而欧洲汽车工业大量采用复合材料,走汽车轻量化的道路值得我们认真学习和借鉴。

复合材料做车骨架.png

复合材料作为一种新型材料,以其独特的优势已广泛应用于航空航天领域,对于目前竞争日益激烈以及对于轻量化要求不断提高的汽车领域,复合材料也在以下4个方面凸显了其在这一领域的应用优势。

1.具有优异的力学性能、各向异性非均质

复合材料的特点是比强度与比模量高。比强度、比模量分别是指材料的强度和模量与密度之比,当比强度越高时,同一强度下零件的自重就越小;当比模量越高时,零件的刚性就越大。因此这两种性能的提高,对需要很高力学性能且高速运转的结构件,和需减轻自重与增强承载能力的运输工具具有重要意义。复合材料不同于传统材料,其具有各向异性的特点,例如纤维增强复合材料,其沿纤维方向的比强度比模量明显优于垂直于纤维方向,因此在其力学性能上其具有各向异性。

2.性能具有可设计性,可实现整体化设计与成型

复合材料的结构和对应的性能均具有可设计性,不同于传统非复合材料的性能已经确定,复合材料的性能可通过相应设计来实现。其中基体材料与增强材料的选择、纤维方向的选择、铺层的设计都可以影响复合材料的整体性能,并可根据组成复合材料的基体材料以及增强材料的参数对于复合材料的性能进行计算。相比于传统材料制造的零件通过铆接、焊接等方式进行连接,复合材料可通过合理的设计以及适当的工艺完成整体成型,可提升零件整体的性能、降低成本、减轻整体质量。

3.抗疲劳、减震降噪、耐腐蚀

复合材料除了具有良好的力学性能外,也具有抗疲劳、耐腐蚀、减震等优异特性。以广泛应用的纤维增强复合材料为例,由于其纤维与基体间存在界面,外加载荷由基体传至增强纤维承担。而且界面能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展,对大多金属材料而言,其疲劳强度极限是拉伸强度的30%~50%,相应的复合材料则可达到60%~80%。复合材料可以通过复合材料的界面以及夹层结构吸能,可以有效提高其减震降噪的效果,因此也在地面交通的应用中有较大的优势。此外,复合材料化学稳定性很强,如使用纤维增强酚醛树脂,所得材料可以在含氯离子的酸性介质中长期使用;采用玻璃纤维增强的塑料,可用于制造出耐强酸、盐和某些溶剂腐蚀的泵、阀、容器和管道等设备;使用耐碱纤维与塑料复合而成的材料,还可以在强碱性环境中使用。

4.结构功能一体化

热塑性塑料耐磨性能并不出色,但在其中加入少量的短切碳纤维合成复合材料后,其耐磨性能可增加几倍。例如采用碳纤维增强后的聚丙烯(PP)复合材料,其耐磨性为本身的2.5倍,对应的聚四氟乙烯为本身的3倍,而聚氯乙烯则达到本身的3.8倍。当选用适当塑料与钢板复合时,能得到性能极佳、可用于制作耐磨物件的材料。例如用聚四氟乙烯或聚甲醛为表层、多孔青铜和钢板为里层制成的3层复合材料,是可制成滑动轴承的良好材料。

所以从降低模具加工成本,减轻制件本身质量以及增加设计自由度和零件集成程度方面考虑,复合材料的应用都成为各国以及各大企业对技术革新和改善的重要方向。

5.结语

目前复合材料产业处于快速发展的时期,而现在也正是汽车需求量不断增长的阶段,并且复合材料在汽车上的应用可解决目前汽车行业所面临的轻量化需求,使得复合材料得到了汽车领域极为广泛的关注。作为汽车制造商以及汽车设计人员,要熟练掌握各种复合材料的性能参数以及优劣势,积极的把复合材料运用到车辆的设计和生产当中,这样才能紧跟市场趋势,才能不被残酷的市场竞争所淘汰。