淺析復合材料在汽車包裝設計上的應用的論文

關于淺析復合材料在汽車包裝設計上的應用的論文

　　引言

　　汽車工業是世界上主要大國的經濟支柱產業之一。據中國汽車工業協會最新統計，2015年我國汽車產銷量超過2450萬輛，連續7年蟬聯全球第一，已成為全球汽車生產、銷售第一大國，但是汽車工業在發展過程中也面臨諸多難題，如交通安全、能源消耗量大、環境污染等問題。提高汽車安全性、降低能源消耗、減少環境污染是目前汽車工業急需解決的三大問題。在保證汽車安全和可靠性的前提下，降低汽車整備質量是目前解決問題的有效途徑之一。為了降低汽車整備質量，就需要在制造汽車時選擇輕型替代材料，而復合材料就是比較理想的替代材料之一。

　　1 復合材料及其特點

　　復合材料是由兩種或兩種以上的物理、化學性質不同的物質經人工合成的材料。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越的綜合性能。復合材料已經有很長的使用歷史，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合而成。在20世紀40年代，由于航空工業發展的需要，出現了復合材料這一名稱。至今，已出現了多種各具特色的復合材料，在航空航天工業、建筑工業、汽車工業等領域應用廣泛。

　　1.1 復合材料分類

　　復合材料種類較多，但分類方法不盡相同。常見的有：

　　(1)按照基體相的種類分類，可分為聚合物基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、石墨基復合材料、混凝土基復合材料等;(2)按照用途分類，可分為結構復合材料、功能復合材料、智能復合材料;(3)按照增強的種類。可分為顆粒基復合材料、晶須增強復合材料、纖維增強復合材料等。(4)按其組成，可分為金屬與金屬復合材料、非金屬與金屬復合材料、非金屬與非金屬復合材料;(5)按其結構特點，又可分為纖維增強復合材料、夾層復合材料、細粒復合材料、混雜復合材料。

　　1.2 復合材料的主要特點

　　復合材料的主要特點是比重小、比模量大和比強度高，如碳纖維和環氧樹脂組成的碳纖維增強環氧樹脂復合材料的比強度是普通鋼的7倍、比模量是普通鋼的4倍。同時，復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良的化學穩定性能。另外，對于形狀復雜的構件，可以一次整體成型，成型工藝簡便靈活。

　　2 復合材料在汽車上的應用

　　2.1 聚合物基復合材料

　　聚合物基復合材料是以有機聚合物為基體，連續纖維為增強材料組合而成的。纖維的高強度、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性能好，把纖維牢固地粘結起來。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合顯示了各自的優點，并能實現最佳結構設計，具有許多優良特性。常見的聚合物基復合材料主要有玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強復合材料及芳綸纖維增強復合材料。

　　玻璃纖維增強復合材料是以玻璃纖維與熱固性樹脂或熱塑性樹脂復合的材料，俗稱玻璃鋼。具有強度高、價格低、來源豐富及工藝性能好等特性，常用來做汽車儀表、內飾件、發動機散熱器風扇葉片、導流板、擾流板及翼子板等，是目前汽車上應用較多的一種復合材料。碳纖維增強復合材料是以碳纖維或其織物為增強相，以樹脂、金屬、陶瓷等為黏結劑而制成的。

　　目前主要有碳纖維∕樹脂、碳纖維∕碳、碳纖維∕金屬、碳纖維∕陶瓷等復合材料。碳纖維增強復合材料與高強度鋼及輕質合金相比，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 金屬基復合材料

　　金屬基復合材料是由低強度、高韌性的基體和高強度、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。具有高的強度和彈性模量，同時抗磨性和化學穩定性也較好。

　　主要有：(1)顆粒、晶須增強金屬基復合材料，在汽車上主要用于發動機活塞、噴油嘴部件及制動裝置等;(2)纖維增強金屬基復合材料，在汽車上主要用作活塞環、連桿、氣缸體、活塞銷等。

　　3 未來發展趨勢

　　由于復合材料優異的性能，特別是作為汽車配件材料與傳統汽車材料相比，是較為理想的輕型材料。目前，在汽車上應用的主要是聚合物基復合材料和金屬基復合材料這兩種。與其他輕型材料相比，如塑料、輕質合金等，復合材料在我國汽車工業中的用量偏小。未來，隨著我國復合材料技術水平的提高，以及汽車產業政策的調整，復合材料在我國汽車工業中特別是新能源車輛中的用量會逐漸增加。

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