汽车材料教学课件作者武丹第7章　复合材料、摩擦材料.ppt

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1、第7章　复合材料、摩擦材料7.1复合材料7.2摩擦材料返回７.１　复合材料７.１.１　复合材料的性能、组成及分类１.复合材料的概念在汽车的轻量化进程中，由于金属、塑料、橡胶、陶瓷等材料在性能上各有优点与不足，各有较合适的应用范围。因而，高性能的复合材料的发展及在汽车中的应用变得特别重要。复合材料是由两种或两种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一种新的多相固体材料。复合材料可改善或克服组成材料的弱点，充分发挥材料的综合性能，例如，塑料和玻璃的强度及韧性都不强，而其复合而成的材料(玻璃纤维塑料)却有很高的强度与韧性，而且质量很小。下一页返回７.１　复合材料复合材料可按照

2、构件和受力要求，给出预定的、分布合理的配套性能，进行材料的最佳设计。汽车保险杠和板簧等零件使其纤维方向与受力方向垂直，传动轴中的纤维方向与轴向呈４５°时，既可使零件得到合理的强度和刚性，又使轻量化效果大大提高。复合材料可以创造单一材料不易具备的性能和功能，或在同一时间里发挥不同的功能。黄铜片与铁片的双金属片复合材料如图７-１所示，具有控制温度开关的功能。由两层塑料的中间夹一层铜片所构成的复合材料如图７-２所示，能在同一时间里的不同方向上具有导电和隔热的双重功能。这些功能都是单一材料所无法实现的。所以，复合材料开拓了一条创造材料功能的新途径。上一页下一页返回７.１　复合材料２.复合材

3、料的组成复合材料的组成见表７-１。３.复合材料的分类复合材料可以由金属、高分子聚合物和陶瓷中任意两者来合成，也可以由两种或更多的金属、陶瓷、高分子聚合物来制备。因此复合的范围很广、种类很多，具体见表７-２。目前使用最多的主要复合材料如图７-３所示。４.复合材料的性能特点复合材料中的各组成材料在性能上互相取长补短并保持各自的最佳特性，从而获得优良的性能效果，与其他材料相比较的突出特点如下:(１)比强度和比模量较高:复合材料有比其他材料高得多的比强度(强度极限除以密度)和比模量(弹性模量除以密度)；上一页下一页返回７.１　复合材料(２)抗疲劳性能好:多数金属的疲劳极限是拉伸强度的４０％

4、~５０％，而碳纤维增强的复合材料则可达７０％~８０％；(３)破损安全性好:复合材料每平方厘米上独立的纤维有几千根甚至几万根，当构件过载并有少量纤维断裂后，会迅速进行应力重新分配，由未断裂的纤维来承载，使构件在短时间内不会失去承载能力，提高使用安全性；(４)高温性能好:一般铝合金在４００℃时弹性模量大幅度降低，强度显著下降，而碳(或硼)纤维增强铝合金制成的复合材料在此温度下强度和模量基本不变，是高温状态下工作零件的理想材料；(５)减振性良好:机械的自振频率与材料比弹性模量的平方根成正比，由于复合材料的比模量大，自振频率很高，不易产生共振。纤维与基体的界面具有吸振能力，故振动阻尼高；上

5、一页下一页返回７.１　复合材料(６)独特的成形工艺:复合材料可以整体成型，减少了零部件紧固和接头数目，材料利用率也高得多。例如，硼纤维增强复合材料，１００ｋｇ的原料可获得８０ｋｇ的零件。各种材料的性能比较见表７-３。７.１.２　复合材料在汽车上的应用在汽车上所采用的复合材料是纤维增强塑料(ＦＲＰ)、纤维增强陶瓷(ＦＲＣ)、纤维增强金属(ＦＲＭ)。１.纤维增强塑料(ＦＲＰ)(１)纤维增强塑料(ＦＲＰ)的种类见表７-４。上一页下一页返回７.１　复合材料(２)纤维增强塑料(ＦＲＰ)作为汽车材料的特点。ＦＲＰ密度低，且比强度高，因而可减轻汽车自重，降低发动机负荷，提高燃料利用率；由于ＦＲＰ

6、的流动性和层压性好，可制成形状各异的曲面，其设计自由度大，有利于设计空气阻力小的车身形状，满足美观要求，可一体成型，减少装配工序；着色方便，在树脂中混入颜料可达到任意着色的目的；可随时根据设计要求调整纤维配比及排列，以便在不同取向上得到合理的强度和刚性，也可任意调整厚度，从而制成轻量的不等向性、不等厚度的制件；耐冲击性好，可大量吸收冲击能，有利于提高安全性。不足之处是生产率低，可靠性差，接合强度低(只能铆接或化学黏结)，阻热性、耐燃性、表面涂装性差等。上一页下一页返回７.１　复合材料(３)玻璃纤维增强材料(ＧＴＲＰ)。玻璃纤维增强材料是汽车上应用最广的复合材料，它的成型方法及在汽车

7、上的应用归纳如下:ＢＭＣ材料(即块状模压塑料):ＢＭＣ材料是加有填料、化学增稠剂、固化剂、颜料、脱模剂等的树脂与短切玻璃纤维等主要成分混合成块料，装入配合挤压模后压缩成型的，其为预制材料。其成型自由度大，但是在混合搅拌时玻璃纤维被破坏，使强度下降。ＢＭＣ生产的汽车零件有轻型车进气罩下体、护风圈、前大灯、前端电枢、空调器壳、发动机盖、发动机壳等。上一页下一页返回７.１　复合材料ＳＭＣ材料(片状模压塑料复合材料):ＳＭＣ是用低黏度的不饱和聚酯树脂、填充剂、增稠剂、固化剂、