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分析汽車(chē)用先進(jìn)復合材料的低成本技術(shù)論文
汽車(chē)產(chǎn)業(yè)作為世界上極為重要的工業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，也是我國重要的支柱產(chǎn)業(yè)，并隨著(zhù)世界經(jīng)濟全球化趨勢發(fā)展速度迅速。中國已經(jīng)遠遠的超過(guò)了美國的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，位居世界第一。汽車(chē)工業(yè)的制造和性能不斷提高，與其使用的材料特性應該是密切相關(guān)的。以碳纖維增強樹(shù)脂基復合材料的高性能是復合材料中比較先進(jìn)、優(yōu)秀的代表材料，高彈性模量，高比強度，耐疲勞性，耐腐蝕性，整體形狀等都是較為優(yōu)秀的特性，突出了許多優(yōu)秀特點(diǎn)在實(shí)際設計過(guò)程當中，這種材料的性能比鋁合金的強度要高出很多，并且逐漸成為人們選擇輕質(zhì)、高強度材料的最佳選擇，并在航空航天工業(yè)中的大量應用，是先進(jìn)的空中和空間結構的標志之一。
一、汽車(chē)輕量化和先進(jìn)復合材料
1.最理想的汽車(chē)輕量化材料就是先進(jìn)復合材料
隨著(zhù)汽車(chē)使用數量的日漸增加，對燃油的消耗越來(lái)越大，尾氣的排放也越來(lái)越多，因此，減少尾氣排放、降低燃油消耗是當前我國汽車(chē)工業(yè)制造過(guò)程中最有挑戰的戰略目標。輕量化是促進(jìn)我國汽車(chē)工業(yè)可以長(cháng)足發(fā)展的重要途徑之一，先進(jìn)復合材料的使用是汽車(chē)輕量化的重要基礎材料。約束我國汽車(chē)復合材料發(fā)展的重要原因就是復合材料的低成本技術(shù)。根據相關(guān)調查結果顯示，汽車(chē)減少百分之十的重量，尾氣排放就會(huì )降低5%—6%，汽車(chē)對燃油的消耗每降低1L，二氧化碳的排放就會(huì )減少2.5kg。汽車(chē)輕量化技術(shù)逐漸成為全球汽車(chē)工業(yè)大力提倡的重要技術(shù)，輕量化技術(shù)是全球領(lǐng)先的汽車(chē)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展，我國汽車(chē)輕量化的重要前提就是先進(jìn)復合材料技術(shù)。在汽車(chē)工業(yè)制造使用先進(jìn)符合材料中，碳纖維的使用最多，具有高強度和低密度的特征，且碳纖維的模量和強度是輕質(zhì)鋁合金和高強度鋼的好幾倍，從目前我國提倡汽車(chē)工業(yè)制造用料輕量化的角度來(lái)講，碳纖維更具有優(yōu)勢。根據相關(guān)的數據顯示，碳纖維與傳統的金屬材料相比較，其減輕汽車(chē)重量的效果最理想，是減少汽車(chē)重量的首選材料。
2.汽車(chē)用先進(jìn)復合材料技術(shù)發(fā)展遇到的阻礙
在我國汽車(chē)工業(yè)制造應用當中，碳纖維沒(méi)有得到應用的原因主要有兩個(gè)。第一，碳纖維的使用成本極高，如應用到汽車(chē)工業(yè)制造中，很難將汽車(chē)向大眾化的方向推廣。作為比較尖端的戰略性材料，碳纖維復合材料在20世紀60年代時(shí)就早已經(jīng)出現了，但由于汽車(chē)工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，使得只有少數發(fā)達國家如日本、美國使用。再加上制作碳纖維的原材料成本也很高，并且制備的過(guò)程比較復雜，對制作工藝的控制要求非常嚴格，這就使碳纖維的價(jià)格提到了非常高的位置。第二，復合材料在成型方面的周期長(cháng)，其最重要的就是固化和制備制作程序的效率比較多。在熱塑性復合材料的制作過(guò)程中雖然沒(méi)有涉及到固化問(wèn)題，但在耐熱和力學(xué)性能兩個(gè)方面有些不足。關(guān)于連續纖維增強的問(wèn)題，也存在成型周期比較長(cháng)的問(wèn)題，更甚者缺乏成熟的制造技術(shù)。隨著(zhù)我國各種新型技術(shù)的不斷出現，這些問(wèn)題會(huì )被逐一解決的。
二、復合材料低成本技術(shù)
1.大絲束碳纖維技術(shù)
對于大絲束碳纖維的內部，樹(shù)脂基體的侵潤性比較差，易產(chǎn)生的單絲之間的空間，很容易導致纖維和劣勢之間的富集和分離，使剛度和強度的復合材料受到很多影響，復合材料的性能大大降低，相應的分散性能較大，很難滿(mǎn)足汽車(chē)工業(yè)制造結構設計要求。目前，國內外關(guān)于大拖碳纖維技術(shù)的發(fā)展，可以有效地解決上述問(wèn)題。同時(shí)，大的纖維在紡織、針織、織造和織造等工藝上的難度也不是很成熟，因此，大的兩種碳纖維織物很難通過(guò)，嚴重影響了大的兩種碳纖維技術(shù)在工業(yè)中的應用。
2.多材料混雜增強技術(shù)
制造汽車(chē)過(guò)程中，由成千上萬(wàn)的零件，在材料的使用性能的每個(gè)部分都有自己很高的要求，復合材料的設計具有較強性，因此，在零件材料的選擇可以根據不同原料不同部分的性能選擇和設計不同的纖維材料，加強對汽車(chē)結構設計。如汽車(chē)骨架，這種對承載要求比較高的部件，必須要選擇全碳纖維材料，增強汽車(chē)結構，然后使用編織技術(shù)將其直接編織成汽車(chē)骨架，再與樹(shù)脂進(jìn)行復合，最后成型。植物纖維復合材料具有較強的復合材料和碳纖維的吸能性能，將在未來(lái)的復合材料結構中應用于汽車(chē)制造業(yè)。
3.低成本碳纖維原絲以及制備技術(shù)
世界上很多科研機構和大型企業(yè)都在對其進(jìn)行更深入的研究。第一，研究了廉價(jià)原絲的技術(shù)，在汽車(chē)工業(yè)制造使用的碳纖維主要就是由原絲復合成的，大約占40%—60%，使用廉價(jià)的原絲就是在降低碳纖維的成本。第二，研發(fā)出新的預氧化工藝，目前，主要的研究方向就是使用新預氧化技術(shù)來(lái)有效降低成本，減少時(shí)間。第三，研發(fā)新碳化技術(shù)，在碳纖維總成本中碳化工序大約占25%—30%，并且影響著(zhù)碳纖維的質(zhì)量。
三、復合材料快速成型技術(shù)
1.快速成型樹(shù)脂體系
一是快速固化熱固性樹(shù)脂。樹(shù)脂固化時(shí)間以小時(shí)為單位。因此，必須加快研究相關(guān)的系統，快速固化樹(shù)脂以秒固化時(shí)間，從小時(shí)逐漸下降為秒計算單元。
二是快速開(kāi)環(huán)聚合環(huán)狀熱塑性樹(shù)脂。熱塑性樹(shù)脂具有回收再利用和快速定型的特點(diǎn)，許多研究者希望將其廣泛應用于汽車(chē)制造業(yè)，特別是在連續纖維增強熱塑性樹(shù)脂復合材料被用作汽車(chē)零部件。然而，最重要的問(wèn)題是在連續纖維增強熱塑性樹(shù)脂復合材料的過(guò)程中的機械設備，傳統的成型技術(shù)都已經(jīng)逐漸落后了，因此，需要要不斷的對制造技術(shù)進(jìn)行創(chuàng )新。
2.快速成型工藝
一是熱壓成型工藝。熱壓成型技術(shù)，它是最傳統的復合合成技術(shù)。和模塑料或預浸料PICAI的合成，熱壓作用下，促使坯料的流動(dòng)到塑化層，并充滿(mǎn)型腔，獲得最終的定型產(chǎn)品。而對于預成型的熱塑性樹(shù)脂基體來(lái)說(shuō)，熱壓成型是最好的方法，最關(guān)鍵的就是對預浸材料的制作。對于熱壓成型工藝技術(shù)的去電是不能夠制作成型的制品，并且這種工藝對纖維和樹(shù)脂浸漬質(zhì)量要求預成形較高。
二是快速液體模塑成型技術(shù)�？焖僖后w模塑成型技術(shù)包括快速升溫和快速注射兩方面�？焖偌訜崾穷A熱到成型的液體樹(shù)脂的溫度和注射可以同時(shí)，如果在這個(gè)過(guò)程中，控制的正確的話(huà)也可以因為較低的樹(shù)脂在高溫下，加快滲透過(guò)程，并與其自身的工藝控制的設計有關(guān)�？焖僮⑸湟蕾�(lài)較高的注射壓力，有效提升樹(shù)脂流動(dòng)浸漬的效果，但其中也包含著(zhù)很多不利的因素，如工藝的控制難度逐漸加大、機械設備的成本比較昂貴等。
四、結語(yǔ)
綜上所述，相關(guān)的汽車(chē)配件種類(lèi)各種各樣，不同的應用程序使用不同的部件且有不同的性能要求。碳纖維增強樹(shù)脂基復合材料的高性能是先進(jìn)復合材料中比較先進(jìn)、優(yōu)秀的材料代表，高彈性模量，高比強度，耐疲勞性，耐腐蝕性，整體形狀等都是較為優(yōu)秀的特性，在實(shí)際設計過(guò)程當中突出了這些特點(diǎn)。對于汽車(chē)外殼部件的機械性能的要求低，輕量化是促進(jìn)我國汽車(chē)工業(yè)可以長(cháng)足發(fā)展的重要途徑之一，先進(jìn)復合材料的使用為汽車(chē)輕量化的重要的材料基礎。約束我國汽車(chē)復合材料發(fā)展的重要原因就是復合材料的低成本技術(shù)，汽車(chē)工業(yè)的制造和性能不斷提高，與其使用的材料特性應該是密切相關(guān)的。降低材料的使用成本能夠有效促進(jìn)先進(jìn)復合材料在汽車(chē)中的應用。
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