简析复合材料在汽车轻量化设计中的应用.docx

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1、简析复合材料在汽车轻量化设计中的应用　　根据中国汽车工业协会20XX年初发布的信息，20XX年我国汽车销量达到万辆，同比增长了%，销量再次创造了新高，连续六年蝉联世界第一。20XX年末全国民用汽车保有量达到14476万辆，千人保有量首次超过百辆，达到辆/千人。伴随着越来越多的民众购买了私家车，对石油的消耗也在逐年增加。20XX年7月中国已超越美国成为全球最大石油进口国，现每天进口的石油超过560万桶。持续增加的石油消耗，使得机动车排放的尾气污染已经成为我国空气污染的重要，是造成灰霾、光化学污染的重要原因。此外汽车尾气还

2、产生了大量的温室气体，是造成近年来全球变暖、南北极冰层融化、气候反常的一个重要因素。所以摆在汽车工业面前的一个十分紧迫的问题就是节能减排，同时在保证汽车的安全性的前提下，为节能减排，除降低风阻、提高发动机的效率、降低摩擦之外，一个最直接、最有效的方法和途径就是轻量化。通过对复合材料在汽车轻量化设计中的应用及其成型工艺的介绍，更加清楚的了解到各成型工艺生产的复合材料所具有的性能及该生产方式的适用范围。　　1汽车轻量化的途径与意义　　一辆轿车每减重100kg，每百公里燃油消耗就平均减少，二氧化碳排放也随之减少12g/km。

3、如果采用新材料替代来做到这一点，相当于大约采用1kg的铝替代2kg的钢，不过为了达到减重的目的须要进行结构的优化设计。材料科学的进步推动了汽车轻量化技术的不断发展，并由此诞生了全新的汽车轻量化设计。　　汽车轻量化的主要途径有：(1)汽车主流规格车型持续优化，规格主参数尺寸保留的前提下，提升整车结构强度、降低耗材用量;(2)采用轻质材料。如铝、镁、陶瓷、玻璃纤维或碳纤维复合材料等;(3)采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析优化设计、局部加强设计等;(4)采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。　　在以上的几种途径中，使用

4、塑料及其纤维复合材料不仅能设计出更时尚、更符合空气动力学的外形，而且可大大减轻整车重量，进行规模化生产还能降低生产成本，所以对复合材料的研发及发展新的成型工艺已成为各大汽车公司进行轻量化设计的重要领域。　　2复合材料的构成与分类　　复合材料是指由两种或两种以上不同物理特性或不同化学物质通过复合，组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料;其主要是由增强材料和基体材料组成。根据基体材料的不同可以将复合材料划分为：树脂基增强复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。　　复合材料最大的特点是复合后材料的性能

5、优于构成该复合材料的单一材料性能。复合材料性能不仅与组成该材料的增强材料的含量和分布情况相关，更与其生产工艺关系相关，即使相同成分的基体材料和增强材料，因选择成型工艺不同而使得产品性能有所差别。在按基体分的三类复合材料中，树脂基复合材料的使用量最大，占所有复合材料使用量的90%以上。树脂基复合材料成型工艺的不断发展，也使其在汽车轻量化设计中的应用越来越广泛。　　3树脂基复合材料及成型工艺　　树脂基复合材料具有在设计与制造上自由设计性、材料与结构一致性且产品形状的设计自由性。树脂基复合材料的成型工艺可以分为三大类：　　(

6、1)对模成型。包括：模压成型、树脂传递成型、注射成型、冷压成型、结构反应注射成型;　　(2)接触成型包括：手糊成型、喷射成型、真空袋成型、压力袋成型、高压釜成型;　　(3)其他重要成型方法包括：纤维缠绕成型法、拉挤成型法、连续板材成型法、离心铸型法;不同的生产工艺，适应不同的制品和生产规模，除手糊、喷射、缠绕三种工艺为开模成型外，其余均为闭模成型工艺。在汽车使用的复合材料中，有很多种成型工艺，下面对普遍使用几种复合材料成型及应用进行概括。　　手糊成型工艺　　手糊成型工艺是指通过手工把增强材料和树脂相互交错的在模具上铺层

7、，黏结然后固化成型的工艺。手糊成型工艺所需原材料包括：增强材料(玻璃纤维粗纱、玻璃纤维织物、粗纱织物、玻璃纤维毡等)、树脂(环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂等)和辅助材料(催化剂、脱模剂、填料等)。手糊成型生产设备与技术简单但效率低下，尺寸形状不受限制但稳定性差，主要用于生产汽车车壳、机器盖、保险杠等方面。　　喷射成型工艺　　喷射成型工艺是将混有引发剂的树脂体系或含有促进的树脂体系分别从不同的树脂罐中吸入并在喷射枪中混合或喷出后混合，且喷枪上的切割器将连续纤维切成短纤维与树脂混合，再喷到模具上，待喷涂到规定的厚后，用辊筒压

8、实再固化成型的一种方法。喷射成型常用的树脂是30~40min贮存期的固化树脂，常用增强材料为玻璃纤维。喷射成型效率较手糊法提高2~4倍、生产投资少但光洁度差、工作环境恶劣，主要生产汽车车体、内饰件等。　　树脂传递模塑成型(RTM)工艺　　树脂传递模塑过程是指将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化成型的工艺方法，是近年来发展较为迅