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車用復(fù)合材料的特點(diǎn)
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一般稱為復(fù)合材料的是由纖維等增強(qiáng)材料與基底(母體)等2種或2種以上性質(zhì)不同的材料,通過各種工藝手段組合而成。它與纖維增強(qiáng)塑料(FRP)、纖維增強(qiáng)金屬(FRM)、金屬-塑料層疊材料等相當(dāng),具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛度好的特點(diǎn),這些復(fù)合材料在汽車零部件上應(yīng)用很盛行。
復(fù)合材料是并向異性的非均質(zhì)材料,與其他材料相比有以下突出特點(diǎn):
1)比強(qiáng)度與比模量高。比強(qiáng)度、比模量是指材料的強(qiáng)度和模量與密度之比,比強(qiáng)度越高,零件自重越?。槐饶A吭礁?,零件的剛性越大。因此對高速運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)件或需減輕自重的運(yùn)輸工具具有重要意義。
2)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維與基體間的界面能夠有效地阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展,外加載荷由增強(qiáng)纖維承擔(dān)。大多數(shù)金屬材料的疲勞強(qiáng)度極限是其拉伸強(qiáng)度的30%~50%,而復(fù)合材料則可達(dá)到60%~80%。
3)在熱塑性塑料中摻入少量的短切碳纖維可大大地提高它的耐磨性,其增加的倍數(shù)可為原來的好幾倍。如聚氯乙烯以碳纖維增強(qiáng)后為其本身的3.8倍,聚四氟乙烯為其本身的3倍;聚丙烯為其本身的2.5倍;聚酰胺為其本身的1.2倍;聚酯為其本身的2倍。選用適當(dāng)塑料與鋼板復(fù)合可作耐磨物件,如軸承材料等。用聚四氟乙烯(或聚甲醛)為表層、多孔青銅和鋼板為里層的三層復(fù)合材料,可制成滑動(dòng)軸承的良好材料。
4)化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良。纖維增強(qiáng)酚醛塑料可長期在含氯離子的酸性介質(zhì)中使用,用玻璃纖維增強(qiáng)塑料,可制造耐強(qiáng)酸、鹽、酯和某些溶劑的化工管道、泵、閥及容器等設(shè)備。如用耐堿纖維與塑料復(fù)合,還能在強(qiáng)堿介質(zhì)中使用。耐堿纖維可用來取代鋼筋與水泥復(fù)合。
5)耐高溫?zé)g性好。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中,除玻璃纖維軟化點(diǎn)較低(700~900℃)外,其他纖維的熔點(diǎn)(或軟化點(diǎn))一般都在2000℃以上,用這些纖維與金屬基體組成的復(fù)合材料,高溫下強(qiáng)度和模量均有提高。例如:用碳纖維或硼纖維增強(qiáng)后,400℃時(shí)強(qiáng)度和模量基本可保持室溫下水平。同樣用碳纖維增強(qiáng)金屬鎳,不僅密度下降,而且高溫性能也提高。由于玻璃鋼具有極低的導(dǎo)熱系數(shù),可瞬時(shí)耐超高溫,故可做耐燒蝕材料。
6)工藝性與可設(shè)計(jì)性好。調(diào)整增強(qiáng)材料的形狀、排布及含量,可滿足構(gòu)件強(qiáng)度和剛度等性能要求,且材料與構(gòu)件可一次成型,減少了零部件、緊固件和接頭數(shù)目,材料利用率大大提高。