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FRP玻璃鋼復合材料論壇

標題: 復材與工程車輛的發展 [打印本頁]

作者: gongzhiming 時間: 2011-12-15 09:24
標題: 復材與工程車輛的發展
機械工程材料也可按用途分類，如結構材料（結構鋼）。工模具材料（工具鋼）。耐蝕材料（不銹鋼）、耐熱材料（耐熱鋼）、耐磨材料（耐磨鋼）和減摩材料等。由于材料與工藝緊密聯系，也可結合工藝特點來進行分類，如鑄造合金材料、超塑性材料、粉末冶金材料等。粉末冶金可以制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，也可直接制造各種精密機械零件，已發展成一類粉末冶金材料。目前工程機械盡管在發動機技術、底盤系統、操作環境等設施中不斷改進，性能已有一定的提升，但仍存在許多薄弱環節。尤其是一些配件易疲勞磨損、密封性差等缺點，影響著整機的使用性能，尚需改進。目前各種機械配件基本上采用傳統的各種合金鋼，其優點有強度和彈性模量高、韌性好、各向受力均勻、可靠性高、對動載的適應性強以及設計計算理論成熟等，但重量大、機動性差、耐腐蝕性差、維修保養費用高等缺點也很明顯，特別是重量大引起的一系列問題，如不良作業環境的適應性差、不利于機動靈活等等。
復合材料由于各組分材料在性能上協調作用，可以得到單組分材料無法比擬的優越性能，具有剛度大、強度高、重量輕等優點。根據基體不同大致可分為三類：金屬基復合材料(MMC)、陶瓷基復合材料(CMC)和各種纖維增強的樹脂基復合材料(FRP)。它們主要優點有：比強度和比模量高；化學穩定性優良；減摩、耐磨、自潤滑性好；韌性和抗熱沖擊性好；有很大的材料設計自由度，具有耐燒蝕性、耐輻射性、耐蠕變性及特殊的光、電、磁效能。由于性能優異，在許多領域已得到廣泛應用。但現今機械裝備業中僅有密封及耐磨部件等少部分裝置中采用了復合材料，因此研究如何將復合材料應用于工程機械從而改進現有機械的性能，有著重要的實際意義。
復合材料按用途可分為功能性和結構性兩種，將功能性復合材料如耐磨、耐高溫及防護性材料應用于機械零部件中，可延長部件的使用壽命，提高機械的使用性能；將結構性復合材料用于車體，由于它質量輕、強度和模量高，用作承力結構后可大大減輕車身重量，提高機械的作業效率和機動靈活性。據粗略計算，在一定的范圍內機械重量尤其是工裝重量每減少5％，作業效率可提高15％，燃油經濟性可提高5％～10％，車身的機動性也可大大提高。

工程機械裝備適用復合材料
1、在機械內燃機系統上的應用
工程機械內燃機長期工作在高溫高壓下，活塞與活塞環、缸壁間不斷產生摩擦，潤滑條件不充分，工作條件非常惡劣，尤其是在大功率的發動機中，普通的鑄鐵或鋁合金活塞易發生變形、疲勞熱裂。可采用：
（1）陶瓷纖維增強金屬基復合物，如陶瓷增強鋁基復合材料的耐磨性已達到最好材料Ni—resist鑄鐵的水平，國外推出了氧化鋁纖維增強鋁鎂合金制造的活塞，高溫強度和抗熱疲勞性能明顯提高，并具有較低的線膨脹系數；
（2）金屬基復合材料，比一般的金屬材料耐磨性可提高50％左右，耐熱性也有極大提高，而且改善了發動機活塞的強度；
（3）碳化硅顆粒或晶須增強鋁也正在試用制造發動機活塞，其耐熱性、耐磨性和強度均佳。在活塞頭的局部或全部采用復合材料后可以提高活塞工作穩定性和使用壽命，降低油耗和廢氣排放量，解決目前工程機械發動機功率大、活塞易磨損的突出現象，有廣闊的應用前景。傳統的鋁合金鋼套，重量較大，氣缸易變形，耐磨性也不高。70年代國際鎳公司研制石墨鋁基復合材料以代替鑄鐵鋼套，在一定程度上提高了耐磨性、抗咬合性、自潤滑性和功率。如采用碳合金增強的鋁合金鋼套，不但重量較小，減輕氣缸變形，提高耐磨性，而且可降低線膨脹系數和油耗，改善導熱性。提高柴油機缸體抗磨性可采用鋁基復合材料，并用1120 與碳纖維的混合物作為增強物，在鋁合金缸體的內表層形成2mm厚含纖維體積約為15％的復合材料層。發動機進氣和燃油系統零部件采用玻璃纖維增強尼龍材料可改善效能，尼龍12／不銹鋼復合材料制成的濾清器，可以比以往材料過濾效果好，耐腐蝕，重量輕且降低成本。氣門、挺柱、搖臂、彈簧以及渦流增壓器的渦輪等部件改用陶瓷復合材料后，可提高其工作耐疲勞度，允許發動機小幅度提高轉速來提高功率。另外，氣缸蓋、活塞銷以及排氣管等部件采用陶瓷復合材料，較傳統材料更輕量化、耐疲勞、耐腐蝕、耐沖壓、使用壽命長。美國杜邦公司新開發出的剛玉纖維增強鋁鋰合金，其重量輕、強度好、抗拉強度很大且膨脹系數小。若將其鑄造連桿雖成本有所提高，但可大幅度提高發動機效率，剛度、強度和疲勞極限都能滿足高性能發動機的要求。另外開發的一種不銹鋼加強的鐵合金造價較低，制造成連桿重量比傳統材料可減輕30％，發動機功率和燃料經濟性能也有所提高。

2、在車體、工作裝置及部分零部件上的應用
1984年，碳纖維復合材料已成功地用于制造汽車的主動軸、彈簧、發動機蓋、離合器磨擦片、支架推桿、制動盤及其總成等，但其存在易變形、磨損等缺點，采用碳纖維改性材料與金屬基體的復合物，可提高使用壽命，降低維護和修理的費用。在保持原有的結構性能、不影響作業性能的情況下適當采用復合材料如玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)做成車身骨架可使傳統的鋼質車身骨架減重，最多可減輕20％～30％，這將提高機械車輛的機動性和作業效能。若由于作業要求需保持原有重量，也可在部分采用復合材料車身后加裝其它設備。
傳統的工裝往往都是由合金鋼制成，當機械有較長作業臂時如挖掘機，挖掘裝置需自重較大。將復合材料應用于工裝中，可以以較輕的重量取得相同的性能，這樣，車體重心將更加穩固，在相同馬力情況下，可以加大工作裝置的尺寸，完成更多的工作量，提高了作業效率。例如，在挖掘機作業裝置中，工作臂中斗桿屬于強力結構件，需用能承受較大拉壓應力和彎矩的材料。采用硼纖維增強鋁基復合材料與合金鋼相結合，重量減輕2／3，即可達到相同的力學性能指標。鏟斗則可采用碳纖維增強金屬基復合材料，既重量小，又不粘土、易于物料的自由流動、可設計性也得到提高。用石墨／鋁復合材料制成的軸承重量可比巴氏合金減少一半，但摩擦系數卻同樣小且耐磨性、導熱性優良。碳銅復合材料同樣可作為自潤滑軸承材料。在中等載荷及潤滑條件下鋁／石墨復合材料可代替銅基或錫基合金，具有更好的耐磨性。制動鼓傳統用鑄鐵制造，但鑄鐵比重大，導熱性差，用碳化硅顆粒增強鋁合金金屬基復合材料可用來解決這個問題，重量比鑄鐵輕50％～60％，慣性力、噪音、都大大減小，且磨損小導熱性比鑄鐵提高5～7倍。
結論：
機械產品的可靠性和先進性，除設計因素外，在很大程度上取決于所選用材料的質量和性能。新型材料的發展是發展新型產品和提高產品質量的物質基礎。各種高強度材料的發展，為發展大型結構件和逐步提高材料的使用強度等級，減輕產品自重提供了條件;高性能的高溫材料、耐腐蝕材料為開發和利用新能源開辟了新的途徑。現代發展起來的新型材料有新型纖維材料、功能性高分子材料、非晶質材料、單晶體材料、精細陶瓷和新合金材料等，對于研制新一代的機械產品有重要意義。如碳纖維比玻璃纖維強度和彈性更高，用于制造飛機和汽車等結構件，能顯著減輕自重而節約能源。精細陶瓷如熱壓氮化硅和部分穩定結晶氧化鋯，有足夠的強度，比合金材料有更高的耐熱性，能大幅度提高熱機的效率，是絕熱發動機的關鍵材料。還有不少與能源利用和轉換密切有關的功能材料的突破，將會引起機電產品的巨大變革。

隨著科學技術的發展，尤其是材料測試分析技術的不斷提高，如電子顯微技術、微區成分分析技術等的應用，材料的內部結構和性能間的關系不斷被揭示，對于材料的認識也從宏觀領域進入微觀領域。在認識各種材料的共性基本規律的基礎上，正在探索按指定性能來設計新材料的途徑。

近日，繼80米全球最長七節臂六橋碳纖維泵車成功下線后，中聯重科融合CIFA最新歐洲技術自主研發的又一碳纖維系列——63米泵車在混凝土機械公司總裝車間成功下線，它是目前世界上最長的六節臂五橋碳纖維泵車，它的成功下線，再次創造了中聯泵車的又一新突破。標志著碳纖維在工程車輛上的使用進一步深化，大大促進纖維行業的發展。
（我公司是一家專業化生產復合材料的企業，以研究、開發和生產高性能樹脂基體、各種預浸料、高檔民用復合材料為主。
2010年，公司引進瑞士Santex集團最為先進的，幅寬1600mm的熱熔預浸料生產線，具有年生產碳纖維、芳綸、玻璃纖維及其織物預浸料1000萬平方米的能力。該生產線還配置了缺陷和疵點檢測與消除系統，是目前國際最先進、控制精度最高的預浸料生產線。可為民用飛機、能源、汽車、交通運輸、醫療器械、高檔體育休閑用品等先進復合材料制品生產企業提供各種規格預浸料。
公司還與清華大學汽車工程系、美國雅奇公司簽訂了戰略技術合作協議，加強在碳纖維復合材料領域的技術合作。
目前公司主要提供高、中、低溫固化樹脂、碳纖維預浸料，并可以與客戶共同開發碳纖維復合材料。歡迎各位朋友聯系、咨詢。
QQ：529663697
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聯系人：龔先生
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