汽车座椅骨架复合材料之制作及其应用

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1、汽车座椅骨架复合材料之制作及其应用第1章绪论1.1研究背景改革开放30多年以来，我国的经济得到了飞速地发展，随着人们生活水平的提高，汽车产量也在迅速的赶超欧美等国家。我国的汽车产量在2009年为1364万辆⑴，位居全球第一。汽车的快速发展为人们的生活带来快捷和社会进步的同时，也带来了能耗和排放等问题。在国内，汽车在石油消耗的比例达到85%;汽车的尾气排放也是一个很大的问题，在一些大中城市，80%的大气污染是由汽车尾气所造成的，汽车排放的尾气中的CO、N2O及固态颗粒都将对人体有害，温室气体C02也使得全球气候变暖的问题日

2、益严重。面对资源与环境等问题的挑战，如何降低汽车的能耗以及缓解其所造成的环境污染等成为汽车行业发展道路上必须解决的难题[2]。汽车轻量化(Lightobile)是解决上述问题最为行之有效的方法[3]。汽车轻量化，通过调整材料、工艺和设计等方面尽量的降低汽车重量，同时保证汽车的强度和安全性。汽车轻量化不但可以提高行驶舒适性，还可以降低能耗和减少尾气排放。有研宄显示[4，5]，若汽车车重减少10%，油耗一般可降低6%-10%;汽车车重每减少100kg，CO2的排放量减少可达12.5g/km。从能源和环境的角度以及社会的发展来

3、看，汽车轻量化都是现代汽车的发展方向。1.2汽车轻量化材料的发展可以通过优化汽车结构、改进工艺和选择新材料等方法来实现汽车轻量化。其中最有效的方法就是通过选择新材料来减轻汽车的重量[6]。表1.1为目前汽车所用材料的比例构成。汽车轻量化材料主要是在不降低汽车的强度下减轻汽车重量，目前有高强度材料和低密度的轻质材料等两类，高强度材料主要代表是高强度钢；轻质材料包括有色金属及其合金、复合材料等。钢材大约占汽车总重量的55%,19世纪末，早期的汽车材料主要使用的是木材，甚至连车轮都是木头的。直到金属板材及其制造工艺迅速发展后，

4、钢材取代木材成为汽车主要材料。钢材的大量使用为汽车的强度、成本、可设计性等实现了完美的平衡。但同时也带来一个问题，由于汽车大量使用钢材，造成汽车整体重量增加，燃油经济性降低，能耗提高，尾气排放也不符合环保要求。近年来，汽车新型高强度钢随着冶金技术的进步，在汽车上慢慢地取代了传统钢材，可以降低汽车重量的25%左右。但高强度钢在成型过程中的塑性下降会导致成形效果差，同时会引起裂纹和回弹效应，形状不稳定[4]。这使得高强度钢在汽车上的应用变得狭窄。汽车轻量化使钢在汽车上的应用遇到了一个瓶颈，从而促进了有色金属及其合金的快速发展

5、，最主要的就是锅及错合金。目前错合金在车身结构和板件应用较为广泛。锅合金在汽车上得到广泛应用是由于其密度仅为钢的1/3，1kg的招合金可以取代2kg的钢，从而减轻了汽车重量。虽然锅合金具有密度低、导热性好等特点，但是锅合金的成形性不如钢，且对模具有更高的要求；耐电化学腐烛性也不好；加工成本也比较高。汽车车身和底盘占汽车总重量的80%[9]，是轻量化最有潜力的部件，目前用于制造车身和底盘的材料主要是钢和错合金，由于钢和错合金各自有其应用方面的劣势，树脂基复合材料由于其兼具树脂和增强纤维的优点越来越广泛地在汽车部件上。树脂基

6、复合材料具有低密度、强度高、使用寿命长、耐腐烛性好、复杂零件的加工难度低等特点，因此，树脂基复合材料成为汽车轻量化的重要材料。一般树脂的比重仅为钢的1/7左右，采用树脂基复合材料可减轻部件重量的35%左右[3]，图L1为树脂基复合材料在零件等弯曲强度下对钢的减重比例。第2章LFRT旳制备与性能2.1概述汽车轻量化是在未来汽车发展中占据重要的地位。采用高性能的汽车轻量化材料可.以有效地实现汽车轻量化，因此汽车零部件上广泛采用纤维增强热塑性复合材料，是实现汽车轻量化最主要的手段，用纤维增强热塑性复合材料取代部分金属，不仅可以

7、减轻汽车重量的40%以上，同时可以使成本降低40%，节能减排效果明显。国内对汽车热塑性复合材料零部件的开发与生产越来越关注，发展速度加快，汽车热塑性复合材料用量己经成为衡量现代汽车发展的一个重要标志之一[86]。用于制备汽车座椅骨架的主要热塑性复合材料为LFRT和GMT。传统的LFRT主要采用挤出溶融包覆法制备，不仅纤维与聚丙稀浸渍不好，且中间产品为粒料，最终的制品性能会受到损伤，影响LFRT的应用。而预混粉体浸渍工艺则避免的纤维的损伤，在溶融之前树脂就分散在纤维中，溶融后树脂与纤维浸绩良好，同时可以实现连续化工业生产，

8、故得到了广泛的应用。本章就根据实验室特有的喷动流化床和双钢带压机通过预混粉体浸渍工艺首先制备了LFRT预浸料，然后通过模压成型获得制品，方法与GMT的制备大致相同。与挤出成型制备的LFT相比，纤维长度在制备过程中不会有损伤，可以维持原始长度，这就提高了长度对性能影响的研究准确性。通过上述方法制备LFRT材料，在此基础