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關(guān)于淺析復(fù)合材料在汽車包裝設(shè)計上的應(yīng)用的論文
引言
汽車工業(yè)是世界上主要大國的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會最新統(tǒng)計，2015年我國汽車產(chǎn)銷量超過2450萬輛，連續(xù)7年蟬聯(lián)全球第一，已成為全球汽車生產(chǎn)、銷售第一大國，但是汽車工業(yè)在發(fā)展過程中也面臨諸多難題，如交通安全、能源消耗量大、環(huán)境污染等問題。提高汽車安全性、降低能源消耗、減少環(huán)境污染是目前汽車工業(yè)急需解決的三大問題。在保證汽車安全和可靠性的前提下，降低汽車整備質(zhì)量是目前解決問題的有效途徑之一。為了降低汽車整備質(zhì)量，就需要在制造汽車時選擇輕型替代材料，而復(fù)合材料就是比較理想的替代材料之一。
1 復(fù)合材料及其特點
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的物理、化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)經(jīng)人工合成的材料。它不僅具有各組成材料的特點，而且具有單一材料無法具備的優(yōu)越的綜合性能。復(fù)合材料已經(jīng)有很長的使用歷史，如從古代到今天仍然在建筑上使用的稻草或麥秸增強(qiáng)粘土、使用歷史超過100年的鋼筋混凝土等，它們均由兩種材料復(fù)合而成。在20世紀(jì)40年代，由于航空工業(yè)發(fā)展的需要，出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。至今，已出現(xiàn)了多種各具特色的復(fù)合材料，在航空航天工業(yè)、建筑工業(yè)、汽車工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
1.1 復(fù)合材料分類
復(fù)合材料種類較多，但分類方法不盡相同。常見的有：
(1)按照基體相的種類分類，可分為聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、石墨基復(fù)合材料、混凝土基復(fù)合材料等;(2)按照用途分類，可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能復(fù)合材料、智能復(fù)合材料;(3)按照增強(qiáng)的種類。可分為顆粒基復(fù)合材料、晶須增強(qiáng)復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。(4)按其組成，可分為金屬與金屬復(fù)合材料、非金屬與金屬復(fù)合材料、非金屬與非金屬復(fù)合材料;(5)按其結(jié)構(gòu)特點，又可分為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、夾層復(fù)合材料、細(xì)粒復(fù)合材料、混雜復(fù)合材料。
1.2 復(fù)合材料的主要特點
復(fù)合材料的主要特點是比重小、比模量大和比強(qiáng)度高，如碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的比強(qiáng)度是普通鋼的7倍、比模量是普通鋼的4倍。同時，復(fù)合材料還具有良好的抗疲勞性能、耐高溫性能、良好的破斷安全性能及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性能。另外，對于形狀復(fù)雜的構(gòu)件，可以一次整體成型，成型工藝簡便靈活。
2 復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用
2.1 聚合物基復(fù)合材料
聚合物基復(fù)合材料是以有機(jī)聚合物為基體，連續(xù)纖維為增強(qiáng)材料組合而成的。纖維的高強(qiáng)度、高模量的特性使它成為理想的承載體。基體材料由于其粘結(jié)性能好，把纖維牢固地粘結(jié)起來。同時，基體又能使載荷均勻分布，并傳遞到纖維上去，并允許纖維承受壓縮和剪切載荷。纖維和基體之間的良好地復(fù)合顯示了各自的優(yōu)點，并能實現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有許多優(yōu)良特性。常見的聚合物基復(fù)合材料主要有玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是以玻璃纖維與熱固性樹脂或熱塑性樹脂復(fù)合的材料，俗稱玻璃鋼。具有強(qiáng)度高、價格低、來源豐富及工藝性能好等特性，常用來做汽車儀表、內(nèi)飾件、發(fā)動機(jī)散熱器風(fēng)扇葉片、導(dǎo)流板、擾流板及翼子板等，是目前汽車上應(yīng)用較多的一種復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是以碳纖維或其織物為增強(qiáng)相，以樹脂、金屬、陶瓷等為黏結(jié)劑而制成的。
目前主要有碳纖維∕樹脂、碳纖維∕碳、碳纖維∕金屬、碳纖維∕陶瓷等復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與高強(qiáng)度鋼及輕質(zhì)合金相比，其輕量化效果最為顯著，吸能效果也由于金屬材料及玻璃鋼，是最為理想的輕型材料。
2.2 金屬基復(fù)合材料
金屬基復(fù)合材料是由低強(qiáng)度、高韌性的基體和高強(qiáng)度、高彈性模量的纖維組成。基體大多采用鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎂合金和鎳合金。具有高的強(qiáng)度和彈性模量，同時抗磨性和化學(xué)穩(wěn)定性也較好。
主要有：(1)顆粒、晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，在汽車上主要用于發(fā)動機(jī)活塞、噴油嘴部件及制動裝置等;(2)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，在汽車上主要用作活塞環(huán)、連桿、氣缸體、活塞銷等。
3 未來發(fā)展趨勢
由于復(fù)合材料優(yōu)異的性能，特別是作為汽車配件材料與傳統(tǒng)汽車材料相比，是較為理想的輕型材料。目前，在汽車上應(yīng)用的主要是聚合物基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料這兩種。與其他輕型材料相比，如塑料、輕質(zhì)合金等，復(fù)合材料在我國汽車工業(yè)中的用量偏小。未來，隨著我國復(fù)合材料技術(shù)水平的提高，以及汽車產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，復(fù)合材料在我國汽車工業(yè)中特別是新能源車輛中的用量會逐漸增加。
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