未来汽车复合材料的发展

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1、汽车应用材料班级09汽修一班学号200913020姓名李文龙复合材料在现代汽车上的应用1复合材料的概念、分类及性能特点1.1复合材料的概念复合材料，是由两种或两以上的物理和化学性质不同的物质经一定方法合成而得到的一种新的多相固体材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组种成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等

2、。1.2复合材料的分类复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。1.2.1按其组成分类金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。1.2.2按其结构特点分类复合材料按其结构特点又分为：纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料。纤维复合材料：将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。夹层复合材料：由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。细粒复合材料：将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥

3、散强化合金、金属陶瓷等。混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。1.3复合材料的性能特点1.3.1高的比强度和比模度比强度、比模度高，对要求减轻自重和高速运转的结构和零件是非常重要的，碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度是钢的7倍、比模度是钢的4倍。1.3.2抗疲劳性能好由于纤维复合材料对缺口、应力集中敏感性小，而且纤维和基体界面能够阻止和改变裂纹扩展方向，因此复合材料有较高的疲

4、劳极限。研究表明，碳纤维复合材料的疲劳极限可达抗拉强度的70%~80%，而一般金属材料的疲劳极限只有抗拉强度的40%~50%。1.3.3良好的破裂安全性能纤维复合材料中有大量独立的纤维，平均每立方厘米面积上有几千到几万根纤维，当纤维复合材料构件由于超载或其他原因使少数纤维断裂时，载荷就会重新分配到其他未断裂的纤维上，因而构件不致在短期内发生突然破坏，故破裂安全性好。1.3.4优良的高温性能由于增强纤维的熔点均很高，而且在高温条件下仍然可保持较高的高温强度，故用它们增强的复合材料具有较高高温强度和弹性模度。1.3.5减震性能好结构的自振频率与材料的比模量的平方

5、根成正比，而复合材料比模量高，其自振频率也高，高的自振频率就不容易引起工作时的共振，这样就可避免因共振而产生的早期破坏。同时复合材料中纤维及基体间的界面具有吸振能力，因此它的振动阻尼很高。1.3.6成型工艺简便灵活及可设计性强对于形状复杂的构件，根据受力情况可以一次整体成型。减少了零件、紧固件和接头数目，材料利用率较高。例如日产布尔巴特汽车前端板，用钢板制造时由20多个零件组成，而用纤维增强塑料复合材料，则用7个零件就可以。2复合材料在汽车上应用的优势由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造

6、汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。而复合材料在汽车上应用的主要优势有：2.1减轻整车重量复合材料密度较小，如树脂基复合材料的密度一般不超过2g/cm3。汽车重量减轻，提高了燃油经济性，从而带来更小的功率需求，驱动引擎和悬挂装置，进而减少冲击危险。统计结果表明，汽车重量每减轻100kg,意味着行驶时能节省燃油0.7L/110km。除了对汽车的各种零部件结构进行优化设计和改进外，采用高性能轻质材料也是实现汽车轻量化的一条重要途径。据估计，碳纤维复合材料的应用和使汽车车身，底盘的重量减轻40%-60%，相当于钢结构重量的1/3-1/6。英国材料系统

7、实验室曾对碳纤维复合材料的减重效果进行研究，结果表明，碳纤维增强聚合物材料的车身仅重172kg，而钢制车身重量则为368kg。2.2可设计性强复合材料增强用的纤维是柔软的，树脂是可以流动的。这表明，在制造过程中，它们可以再形成所需性状后再复合固化，制成最终制件。对于曲面性状的汽车构件，当用具有一定厚度的钢板冲压成型时，其曲面的形状往往受到限制，而使用复合材料时，比较易于制成各种形状的曲面，从而达到空气动力学设计和美观方面的要求。同时，复合材料的课设计性非常强，根据产品结构和受力情况，通过调整纤维的取向,织物的组织结构，排列的方式等，就可制成满足不同要求的制品

8、。2.3缩短开发周期复合材料用品往往是材料制造与产品