汽车行业用材料及工艺

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        用材体系方面，汽车工业用先进复合材料应以碳纤维为主，从低成本角度出发应以大丝束（24K以上）或较大丝束（如12k）为主，较航空航天所用的3K纤维便宜3～4倍。
       树脂方面，汽车工业会用到热固性复合材料（Thermosetting plastic），又会较多的用到热塑性复合材料（Thermoplastic）。结构用热固性复合材料多以环氧树脂为主，热塑性基体可有多种，如PP、PPS或尼龙。一般讲热塑性复合材料，耐环境性和抗冲击性会更好，且可回收利用。其中玻纤毡增强热塑性复合材料GMT（Glass Mat Reinforced Thermoplastic）和长纤维增强热塑性复合材料LFT（long Fiber Thermoplastic）,比较多地用于汽车工业中。特别是LFT技术可用各种长短纤维，采用整体模压技术，效率高、成本低，欧洲已成功应用20多年，近期国内有引进。
       另外，汽车的某些制件特别是内装饰件还会大量用到生物纤维或称天然纤维复合材料。增强纤维可有大麻（hemp）、亚麻（flax）黄麻（jute）等，可与热固性的环氧、酚醛树脂以及热塑性树脂复合形成复合材料，可用于汽车内装饰件及外部结构上，如仪表板、车顶、车身板、车门等处。应用中可减重10～30%，成本低、易成型、可再生，原材料来源广，福特、宝马、奥迪、雷诺、沃尔沃等公司均有应用。加拿大的Motive工业公司甚至用大麻复合材料成功制造了一个整车车体，其强度相当于玻璃钢的，但重量及成本较之均有下降。表1给出了部分天然纤维的力学性能。
表1  部分天然纤维的力学性能
纤维    模量Gpa     强度Mpa      断裂伸长%        密度g/CM3
黄麻    10～25       400～800      1～2                   1.46
剑麻    46                      700            2～3                    1.33
大麻    26～30           500～900    1～6                    1.48
亚麻    48～85           800～2000    2.4～3.0             1.54
荨麻    87±28           1594±642    2.11±0.81                 1.5
玻纤    72                   2200            3                            2.54

        制造工艺方面，现在的复合材料工艺原则上均可用到汽车工业。但汽车生产量大面广应特别注意低成本的快速成形方法，如航空航天上主承力件多用热压罐成形工艺，设备成本高，成形时间长，能源消耗大，一般讲汽车 工业 应少用或不用。汽车工业应优先采用模压（Compression Moulding）成形工艺，如前述的LFT技术，特别是新兴的RTM（树脂转移模塑成形）技术，是世界上公认的低成本复合材料成形技术，发展很快，汽车工业已广泛采用，其他常规的成形技术，如缠绕，拉挤等技术也会用到，如气瓶，轴类零件一般可用缠绕成形。模具较金属的成本低，但为满足大批量生产制造的需要，应以钢和铝合金的为主，航空上现已常用的复合材料模具可能不适宜，因其不适于大批生产的需要。

来源:沈阳飞机设计研究所 陈绍杰   

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