复合材料在汽车领域应用浅析

       复合材料是由2种或2种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组合成的一种具有新性能的材料。由于其优异的力学性能、高比强度和比模量、可设计性等特点，复合材料在航空航天领域已经得到了广泛应用。近年来，化工水平的不断提高，复合材料中纤维以及树脂等原材料的价格下降，工艺水平不断提高、批量化生产能力的提升，也为复合材料在交通领域的应用提供了优良的契机。
  目前，对于环境问题的重视以及对于节能减排的迫切需求使得各国在汽车以及轨道交通领域对于复合材料的应用加大了研发的投入，各大企业也在复合材料应用方面不断推动技术创新以及拓展复合材料应用范围以提高自身竞争力。
一、复合材料在汽车领域的应用优势
  复合材料作为一种新型材料，以其独特的优势已广泛应用于航空航天领域，对于目前竞争日益激烈以及对于轻量化要求不断提高的汽车领域，复合材料也在以下几个方面凸显了其在这一领域的应用优势。
1.具有优异的力学性能、各向异性非均质
  复合材料的特点是比强度与比模量高。比强度、比模量分别是指材料的强度和模量与密度之比，当比强度越高时，同一强度下零件的自重就越小；当比模量越高时，零件的刚性就越大。因此这2种性能的提高，对需要很高力学性能且高速运转的结构件，和需减轻自重与增强承载能力的运输工具具有重要意义。复合材料不同于传统材料，其具有各向异性的特点，例如纤维增强复合材料，其沿纤维方向的比强度比模量明显优于垂直于纤维方向，因此在其力学性能上其具有各向异性。
2.性能具有可设计性，可实现整体化设计与成型
  复合材料的结构和对应的性能均具有可设计性，不同于传统非复合材料的性能已经确定，复合材料的性能可通过相应设计来实现。其中基体材料与增强材料的选择、纤维方向的选择、铺层的设计都可以影响复合材料的整体性能，并可根据组成复合材料的基体材料以及增强材料的参数对于复合材料的性能进行计算。相比于传统材料制造的零件通过铆接、焊接等方式进行连接，复合材料可通过合理的设计以及适当的工艺完成整体成型，可提升零件整体的性能、降低成本、减轻整体质量。
3.抗疲劳、减震降噪、耐腐蚀
  复合材料除了具有良好的力学性能外，也具有抗疲劳、耐腐蚀、减震等优异特性。以广泛应用的纤维增强复合材料为例，由于其纤维与基体间存在界面，外加载荷由基体传至增强纤维承担。而且界面能够有效地阻止疲劳裂纹的扩展，对大多金属材料而言，其疲劳强度极限是拉伸强度的30％～50％，相应的复合材料则可达到60％～80％。复合材料可以通过复合材料的界面以及夹层结构吸能，可以有效提高其减震降噪的效果，因此也在地面交通的应用中有较大的优势。此外，复合材料化学稳定性很强，如使用纤维增强酚醛树脂，所得材料可以在含氯离子的酸性介质中长期使用；采用玻璃纤维增强的塑料，可用于制造出耐强酸、盐和某些溶剂腐蚀的泵、阀、容器和管道等设备；使用耐碱纤维与塑料复合而成的材料，还可以在强碱性环境中使用。
4.结构功能一体化
  热塑性塑料耐磨性能并不出色，但在其中加入少量的短切碳纤维合成复合材料后，其耐磨性能可增加几倍。例如采用碳纤维增强后的聚丙烯（PP）复合材料，其耐磨性为本身的2.5倍，对应的聚四氟乙烯为本身的3倍，而聚氯乙烯则达到本身的3.8倍。当选用适当塑料与钢板复合时，能得到性能极佳、可用于制作耐磨物件的材料。例如用聚四氟乙烯或聚甲醛为表层、多孔青铜和钢板为里层制成的3层复合材料，是可制成滑动轴承的良好材料。
  所以从降低模具加工成本，减轻制件本身质量以及增加设计自由度和零件集成程度方面考虑，复合材料的应用都成为各国以及各大企业对技术革新和改善的重要方向。