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汽車工業(yè)用材料與工藝簡(jiǎn)述

    談到用材體系,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。至于樹脂,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)。
    還應(yīng)提及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2給出了部分天然纖維的力學(xué)性能。

2  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

1025

400800

12

1.46

劍麻

46

700

23

1.33

大麻

2630

500900

16

1.48

亞麻

4885

8002000

2.43.0

1.54

蕁麻

87±28

1594±642

2.11±0.81

1.50

玻纖

72

2200

3

2.54

    談到制造工藝,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(見表1),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。

 

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