汽車行業用材料及工藝

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        用材體系方面，汽車工業用先進復合材料應以碳纖維為主，從低成本角度出發應以大絲束（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。
       樹脂方面，汽車工業會用到熱固性復合材料（Thermosetting plastic），又會較多的用到熱塑性復合材料（Thermoplastic）。結構用熱固性復合材料多以環氧樹脂為主，熱塑性基體可有多種，如PP、PPS或尼龍。一般講熱塑性復合材料，耐環境性和抗沖擊性會更好，且可回收利用。其中玻纖氈增強熱塑性復合材料GMT（Glass Mat Reinforced Thermoplastic）和長纖維增強熱塑性復合材料LFT（long Fiber Thermoplastic）,比較多地用于汽車工業中。特別是LFT技術可用各種長短纖維，采用整體模壓技術，效率高、成本低，歐洲已成功應用20多年，近期國內有引進。
       另外，汽車的某些制件特別是內裝飾件還會大量用到生物纖維或稱天然纖維復合材料。增強纖維可有大麻（hemp）、亞麻（flax）黃麻（jute）等，可與熱固性的環氧、酚醛樹脂以及熱塑性樹脂復合形成復合材料，可用于汽車內裝飾件及外部結構上，如儀表板、車頂、車身板、車門等處。應用中可減重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用。加拿大的Motive工業公司甚至用大麻復合材料成功制造了一個整車車體，其強度相當于玻璃鋼的，但重量及成本較之均有下降。表1給出了部分天然纖維的力學性能。
表1  部分天然纖維的力學性能
纖維    模量Gpa     強度Mpa      斷裂伸長%        密度g/CM3
黃麻    10～25       400～800      1～2                   1.46
劍麻    46                      700            2～3                    1.33
大麻    26～30           500～900    1～6                    1.48
亞麻    48～85           800～2000    2.4～3.0             1.54
蕁麻    87±28           1594±642    2.11±0.81                 1.5
玻纖    72                   2200            3                            2.54

        制造工藝方面，現在的復合材料工藝原則上均可用到汽車工業。但汽車生產量大面廣應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，設備成本高，成形時間長，能源消耗大，一般講汽車 工業 應少用或不用。汽車工業應優先采用模壓（Compression Moulding）成形工藝，如前述的LFT技術，特別是新興的RTM（樹脂轉移模塑成形）技術，是世界上公認的低成本復合材料成形技術，發展很快，汽車工業已廣泛采用，其他常規的成形技術，如纏繞，拉擠等技術也會用到，如氣瓶，軸類零件一般可用纏繞成形。模具較金屬的成本低，但為滿足大批量生產制造的需要，應以鋼和鋁合金的為主，航空上現已常用的復合材料模具可能不適宜，因其不適于大批生產的需要。

來源:沈陽飛機設計研究所 陳紹杰   

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