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研發(fā)中的復(fù)合材料
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1）碳纖維強(qiáng)化塑料（CFRP）。碳纖維由纖維和聚丙烯睛經(jīng)高溫加熱處理制造而成，具有耐熱性高，比重比鋁和玻璃纖維還小，而且與塑料復(fù)合其強(qiáng)度可與鋼和鋁相匹敵?？墒荂FRP的成本與GFRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）相比，遠(yuǎn)高很多，大多限于航空宇宙和體育用品范圍內(nèi)使用。
1979年，美國(guó)福特汽車公司發(fā)表了用GFRP制作輕型實(shí)驗(yàn)車的新構(gòu)想（見(jiàn)圖1），其中使用CFRP約300kg，燃費(fèi)約可降低35%。該實(shí)驗(yàn)車主要是將CFRP材料應(yīng)用于車體面板，其他是傳動(dòng)軸和板彈簧等功能性零件，同時(shí)，還嘗試在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和連桿、活塞等零部件上應(yīng)用。CFRP材料質(zhì)輕，剛度和強(qiáng)度也高，因材料的各向異性，設(shè)計(jì)時(shí)，可在所需的方向保持其強(qiáng)度和剛性。CFRP的彈性模量是GFRP的4~9倍，是金屬材料的3~4倍。如果成批生產(chǎn)，成本將進(jìn)一步下降，故而它將是一種期望很高的復(fù)合材料。
2）纖維增強(qiáng)金屬（FRM）。CFRP與GFRP具有各種優(yōu)越的機(jī)械性能，但其基底是塑料，與金屬相比耐熱性差。因此，作為高溫強(qiáng)度材料使用的FRM的研究十分盛行，并且揭開了可將其在汽車上使用的可能性。增強(qiáng)纖維有：碳元素、碳化硅、硼、氧化鋁等?；?，開始有鋁、銅及鎳，后又有與各種目的相適應(yīng)的鈦、鎂、鋅及錫等。增強(qiáng)纖維與各種金屬相結(jié)合，將制造出各種特性的FRM。現(xiàn)正進(jìn)行將FRM應(yīng)用于活塞、連桿及其他一些滑動(dòng)零件的研究。因這種纖維價(jià)格高，以及還未達(dá)到成批生產(chǎn)的規(guī)模，它作為高溫強(qiáng)度好的材料，其利用價(jià)值是相當(dāng)高的。
3)金屬-塑料層輯材料。將鋼板和鋁、塑料等緊密結(jié)合在一起的材料是種理想的輕型材料，也是種夾層結(jié)構(gòu)的層疊材料。由于它是在塑料芯的兩面粘結(jié)上薄鋼板或鋁板，具自優(yōu)越的隔熱和隔音性能。層疊材料，它叫發(fā)揮與鋼板相匹敵的剛性好的特點(diǎn)，它由塑料芯兩面的金屬板承受彎曲應(yīng)力，由塑料芯材承受剪切應(yīng)力。在同樣剛性下，層疊鋼板與一般鋼板相比，質(zhì)量是其30%~-70%, 如果對(duì)于層疊板質(zhì)量有一定限制要求時(shí)，可由改變芯兩面的金屬板與芯板的厚度等來(lái)解決。層疊材料的成本一般是鋼板的1～3倍，但它還存在一些需要解決的問(wèn)題，如：使用在車體面板時(shí)，與各面板如何粘結(jié)拼合；在其表面金屬鋼板銹蝕時(shí)，剛性會(huì)降低等。然而隨著層疊材料研究開發(fā)的進(jìn)步，使它實(shí)用化將有很大的可能性。
4)車用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。由于增強(qiáng)材料和填充材料品種繁多，因此將使用玻纖當(dāng)做增強(qiáng)材料的材料稱為GFRR。由于玻纖的加入大大地改善了塑料的物理機(jī)械性能，通過(guò)塑料經(jīng)過(guò)增強(qiáng)后，也能作為工程材料應(yīng)用。目前汽車上使用的玻纖增強(qiáng)塑料主要有玻纖增強(qiáng)PP、玻纖增強(qiáng)PA66或PA6以及少量PBT和PPO材料。汽車上應(yīng)用的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性材料、玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性材料(GMT)、片狀模塑材料(SMC)、樹脂傳遞模塑材料(RTM)以及手糊FRP制品。
增強(qiáng)PP主要用于制作發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉片和正時(shí)齒帶上下罩蓋等制品，但有些制品存在外觀質(zhì)量不好、翹曲等缺欠，因此非功能件逐漸被滑石粉添充PP所替代。增強(qiáng)PA材料在轎車、廂式車及載貨車上都已采用，一般都是用于制作些小的功能件，例如：鎖體防護(hù)罩、保險(xiǎn)楔塊、嵌裝螺母、油門踏板、換擋上下護(hù)架-防護(hù)罩和開啟手柄等。GMT是目前國(guó)際上極為活躍的復(fù)合材料開發(fā)品種，這是種以熱塑性樹脂為基體，以玻璃纖維氈為增強(qiáng)骨架的新穎、節(jié)能及輕質(zhì)的復(fù)合材料，一般可以生產(chǎn)出片材半成品，然后直接加工成所需形狀的產(chǎn)品，纖維可以是短切玻璃纖維或連續(xù)的玻璃纖維氈。
SMC是一種較重要且用途廣的模壓復(fù)合材料制品的半成品。與鋼制汽車零件相比，SC生產(chǎn)周期短，便于汽車改型，投資效益好；質(zhì)量較輕，節(jié)約燃油；設(shè)計(jì)自由；制件的整體性好，零件的數(shù)量很少；耐用性和隔熱性好。但是SMC不可以回收，污染環(huán)境；雖然性能價(jià)格比較好，但一次性投資往往高于對(duì)應(yīng)的鋼制件，如福特金牛座和水星黑貂轎車前圍里的下散熱器托架，原鋼制的有22個(gè)零件，而SMC的只有2件，質(zhì)量大減，成本降低14%。
盡管許多汽車廠在生產(chǎn)汽車車身時(shí)都已改用由玻璃纖維為增強(qiáng)的材料來(lái)替代相對(duì)笨重的金屬，但是玻璃纖維是由熔融玻璃拉成的纖維，它在高溫融化后非常容易重新凝固，這給廢舊汽車回收處理帶來(lái)了很大困難。為此，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心正在研究一種以大麻和聚氨酯為原料的合成材料，這種材料的特點(diǎn)是除具有金屬和玻璃纖維各有的優(yōu)點(diǎn)外，價(jià)格更便宜，質(zhì)量更輕，韌度更強(qiáng)，而且叫以生物降解?，F(xiàn)在，該中心正在對(duì)這種材料的強(qiáng)度及其他特性進(jìn)行測(cè)試，一期目標(biāo)是用這種材料生產(chǎn)出汽車車門。
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