汽车用纺织品 第四章 复合材料在汽车上的应用.pdf

第四章 复合材料在汽车上的应用 为了适应现代社会发展的需求，汽车正朝着轻量化、 安全、节能、高速、低公害和长寿方向发展，汽车轻 量化的目的就是节能和减轻排放污染，同时环境保护 已成为可持续发展战略必不可少的条件，复合材料的 发展趋势正是朝着延长使用期和可再生的方向发展。 复合材料代替金属材料的优势：重量、强度、韧性 1 第一节 复合材料的基础知识 一.复合材料（Composite Materials ）的定义 材料的分类：金属材料、无机非金属材料（水泥、砖 瓦、陶瓷、玻璃等）、高分子材料（塑料、橡胶、纤 维等）、复合材料 复合材料的定义：由两种或两种以上异质、异形、异 性的材料通过物理和化学的方法经人工复合，形成性 能优于原单一材料的多相固体材料。一般由基体组元 与增强体或功能组元所组成。 （相概念）以一种或几种非连续相材料增强另一种或 几种连续相材料所组成的非均相材料。 2 复合与化合、混合的区别： 化合物——由同种分子构成，分子由化学键组成，有 很高的键能，为均相材料，如：高分子聚合物； 混合物——由各种独立相的材料组成，材料间无作用 力，如：砂子与石子混合； 复合物——由一种和几种非连续相的材料增强连续相 材料构成，在材料间存在界面，界面间的作用力主要 是范德华力，也可能存在半化学键（如氢键）。通常 研究的内容：用纤维增强树脂、金属、无机非金属材 料所得到的多相固体材料。 多相体系和复合效果是复合材料区别于传统的 “混合 材料”和 “化合材料”的两大特征。 3 复合材料的特征 三元素：连续相（基体）——非连续相（增强材 料）——界面 基体（Matrix ）：聚合物、无机物、陶瓷、金属，基 体也可以是多种组分的配方。 增强材料（Reinforcement ）：各种连续纤维、织物、 毡、短纤维、颗粒等，直至任何非连续相。 界面（Interface ）：在基体和增强材料间的特殊层 面，决定复合材料的性能和存在。 4 二.复合材料的分类 复合材料可按用途、基体材料、增强材料、功能材料 进行分类。 • 按用途可分为结构复合材料、功能复合材料 5 结构复合材料 （1）利用复合材料各种良好的力学性能（比强度高、 比模量高、抗疲劳性能好、减振性能好等），主要用 于建造或构造承力结构使用的一类材料。在汽车工业 中，结构复合材料被广泛应用于车身、灯壳罩、前后 护板、保险横杠、板弹簧、座椅架、驱动轴等部件的 设计与制造。 （2）由基体和增强材料组成，增强材料分散在基体 中，用以增强基体；基体材料将增强材料粘结成一个 整体，基体起着连接、支撑和保护增强材料的作用， 使增强材料保持在设计的方向和位置，具有刚性和稳 定性。只有两者有机地匹配协调，才能充分发挥整体 作用和各自的性能。 6 功能复合材料 （1）利用复合材料的物理、化学或生物学的功能（电 学性能、磁学性能、光学性能、热学性能、放射线性 能、生物学性能等）作为主要用途的一类复合材料。 有些复合材料同时兼有多种功能。 （2）由基体和功能体构成的多相材料。基体主要起粘 结作用，在某些情况下也起功能作用；复合材料的功 能特性主要由功能体做贡献。加入不同特性的功能体 可以得到性能各异的功能复合材料。如导电复合材料 （导电功能体）、吸波复合材料（电磁波吸收剂）。