研發中的復合材料
發布：kbsfhcl瀏覽：5717次
1）碳纖維強化塑料（CFRP）。碳纖維由纖維和聚丙烯睛經高溫加熱處理制造而成，具有耐熱性高，比重比鋁和玻璃纖維還小，而且與塑料復合其強度可與鋼和鋁相匹敵。可是CFRP的成本與GFRP（玻璃纖維增強塑料）相比，遠高很多，大多限于航空宇宙和體育用品范圍內使用。
1979年，美國福特汽車公司發表了用GFRP制作輕型實驗車的新構想（見圖1），其中使用CFRP約300kg，燃費約可降低35%。該實驗車主要是將CFRP材料應用于車體面板，其他是傳動軸和板彈簧等功能性零件，同時，還嘗試在發動機機體和連桿、活塞等零部件上應用。CFRP材料質輕，剛度和強度也高，因材料的各向異性，設計時，可在所需的方向保持其強度和剛性。CFRP的彈性模量是GFRP的4~9倍，是金屬材料的3~4倍。如果成批生產，成本將進一步下降，故而它將是一種期望很高的復合材料。
2）纖維增強金屬（FRM）。CFRP與GFRP具有各種優越的機械性能，但其基底是塑料，與金屬相比耐熱性差。因此，作為高溫強度材料使用的FRM的研究十分盛行，并且揭開了可將其在汽車上使用的可能性。增強纖維有：碳元素、碳化硅、硼、氧化鋁等。基底，開始有鋁、銅及鎳，后又有與各種目的相適應的鈦、鎂、鋅及錫等。增強纖維與各種金屬相結合，將制造出各種特性的FRM。現正進行將FRM應用于活塞、連桿及其他一些滑動零件的研究。因這種纖維價格高，以及還未達到成批生產的規模，它作為高溫強度好的材料，其利用價值是相當高的。
3)金屬-塑料層輯材料。將鋼板和鋁、塑料等緊密結合在一起的材料是種理想的輕型材料，也是種夾層結構的層疊材料。由于它是在塑料芯的兩面粘結上薄鋼板或鋁板，具自優越的隔熱和隔音性能。層疊材料，它叫發揮與鋼板相匹敵的剛性好的特點，它由塑料芯兩面的金屬板承受彎曲應力，由塑料芯材承受剪切應力。在同樣剛性下，層疊鋼板與一般鋼板相比，質量是其30%~-70%, 如果對于層疊板質量有一定限制要求時，可由改變芯兩面的金屬板與芯板的厚度等來解決。層疊材料的成本一般是鋼板的1～3倍，但它還存在一些需要解決的問題，如：使用在車體面板時，與各面板如何粘結拼合；在其表面金屬鋼板銹蝕時，剛性會降低等。然而隨著層疊材料研究開發的進步，使它實用化將有很大的可能性。
4)車用玻璃纖維增強復合材料。由于增強材料和填充材料品種繁多，因此將使用玻纖當做增強材料的材料稱為GFRR。由于玻纖的加入大大地改善了塑料的物理機械性能，通過塑料經過增強后，也能作為工程材料應用。目前汽車上使用的玻纖增強塑料主要有玻纖增強PP、玻纖增強PA66或PA6以及少量PBT和PPO材料。汽車上應用的玻璃纖維增強復合材料包括玻璃纖維增強熱塑性材料、玻璃纖維氈增強熱塑性材料(GMT)、片狀模塑材料(SMC)、樹脂傳遞模塑材料(RTM)以及手糊FRP制品。
增強PP主要用于制作發動機冷卻風扇葉片和正時齒帶上下罩蓋等制品，但有些制品存在外觀質量不好、翹曲等缺欠，因此非功能件逐漸被滑石粉添充PP所替代。增強PA材料在轎車、廂式車及載貨車上都已采用，一般都是用于制作些小的功能件，例如：鎖體防護罩、保險楔塊、嵌裝螺母、油門踏板、換擋上下護架-防護罩和開啟手柄等。GMT是目前國際上極為活躍的復合材料開發品種，這是種以熱塑性樹脂為基體，以玻璃纖維氈為增強骨架的新穎、節能及輕質的復合材料，一般可以生產出片材半成品，然后直接加工成所需形狀的產品，纖維可以是短切玻璃纖維或連續的玻璃纖維氈。
SMC是一種較重要且用途廣的模壓復合材料制品的半成品。與鋼制汽車零件相比，SC生產周期短，便于汽車改型，投資效益好；質量較輕，節約燃油；設計自由；制件的整體性好，零件的數量很少；耐用性和隔熱性好。但是SMC不可以回收，污染環境；雖然性能價格比較好，但一次性投資往往高于對應的鋼制件，如福特金牛座和水星黑貂轎車前圍里的下散熱器托架，原鋼制的有22個零件，而SMC的只有2件，質量大減，成本降低14%。
盡管許多汽車廠在生產汽車車身時都已改用由玻璃纖維為增強的材料來替代相對笨重的金屬，但是玻璃纖維是由熔融玻璃拉成的纖維，它在高溫融化后非常容易重新凝固，這給廢舊汽車回收處理帶來了很大困難。為此，法國國家科學研究中心正在研究一種以大麻和聚氨酯為原料的合成材料，這種材料的特點是除具有金屬和玻璃纖維各有的優點外，價格更便宜，質量更輕，韌度更強，而且叫以生物降解。現在，該中心正在對這種材料的強度及其他特性進行測試，一期目標是用這種材料生產出汽車車門。
- 上一篇：汽車中的金屬基復合材料
- 下一篇：復合材料的作用和性能