复合材料在汽车制造中的应用
复合材料在汽车上的应用
复合材料在汽车上的应用摘要: 概述了纤维增强树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等在汽车上的应用现状,并对复合材料在汽车上的应用前景进行了展望。
国内外现状表明,复合材料在汽车上将有广阔的应用前景,同时,也有很多问题有待解决。
1 树脂基复合材料在汽车上的应用随着汽车工业的飞速发展,节能、环保、安全日益成为当今世界汽车界的研究热点。
汽车轻量化无疑是解决这些问题的最佳途径。
而复合材料具有比模量高、比强度高、耐腐蚀、可设计性强、综合经济效益明显等优点,正日益成为汽车轻量化的首选材料,逐渐受到世界汽车生产商的青睐。
美国作为世界第一大复合材料生产与消耗国,据估算汽车用复合材料年消耗量超过70 万t,通用汽车公司、福特汽车公司、戴姆勒·克莱斯勒公司三大汽车公司以及Mack、Aero-star 等重型车厂,复合材料的使用都取得了明显收效。
在欧洲,复合材料也已经在梅赛德斯-奔驰、宝马、大众、沃尔沃、莲花、曼恩等欧洲汽车公司的各种车型中大量应用。
在中国,虽然目前复合材料年产量已达到180 万t,但在汽车工业中年用量很小,2008 年13 万t,因此具有很大的发展空间和广阔的发展前景。
常用的树脂基复合材料主要是由纤维来增强。
与金属材料相比,纤维增强塑料(FRP) 不仅质量轻、比强度高、耐腐蚀性好,生产工序简单,且能实现大批量生产,因而生产效率高,成本较低。
如果以单位体积计算,生产塑料制件的费用仅为有色金属的十分之一。
另外,FRP 还可使形状复杂的金属部件设计简单化,可将相关零件集成在一个系统零件上,达到复杂零件一次成型的目的。
如福特汽车通过将汽车发动机盖改成模塑件,可有效整合原来11 个金属部件,大大简化了生产过程。
1.1 玻璃纤维增强塑料(GFRP)GFRP 在中国俗称玻璃钢,它不仅质量稳定、资源丰富、成本低,而且吸收冲击能量的性能、耐腐蚀性能较好,降低噪音的效果较好,且设计灵活,因此是目前汽车上应用最多的树脂基复合材料,主要用于发动机、发动机周边部件及车身。
复合材料在汽车上的应用
复合材料在汽车上的应用随着汽车工业的发展，复合材料在汽车上的应用越来越广泛。
相比传统的金属材料，复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐疲劳、噪音低、耐高温等优异性能，因此受到了广泛的关注和应用。
前段大量使用的复合材料之一是碳纤维复合材料。
这种材料具有高强度、低密度、耐高温、耐腐蚀等优点，可制成车身、座椅、悬挂系统等零部件，以减轻汽车重量，提高燃油经济性。
许多高性能跑车、超级跑车以及电动车都使用了碳纤维车身，以提高车辆的动力性能和续航里程。
碳纤维还可以用于制造轮毂、刹车盘、变速箱、发动机纵梁等高强度部件，以提高汽车的性能和安全性。
除了碳纤维复合材料外，另一种较为常见的材料是玻璃纤维复合材料。
这种材料可以制成车身板、前保险杠、后保险杠、引擎罩等外壳结构件，具有较好的耐撞击性和仿真效果。
由于玻璃纤维复合材料的成本较低，应用领域比碳纤维复合材料更为广泛。
除了车身和外壳结构件之外，复合材料还可以用于汽车底盘、悬挂系统、排气系统、内饰件等零部件。
碳纤维增强聚酰亚胺材料可以用于制造悬挂系统的上下臂等部位，以提高汽车的行驶稳定性和操控性能。
而玻璃纤维复合材料可以用于制造排气系统的中段管道和消音器等部位，以降低噪音和提高耐腐蚀性。
复合材料内饰件如门板、座椅罩、天窗罩等，也可以用来美观、轻量化、提高舒适性。
通过使用复合材料，汽车的零部件重量可降低30%至70%，有助于提高燃油经济性并降低排放。
在未来，复合材料在汽车上的应用将会更加广泛。
同时也要注意复合材料的加工和生产成本，以及回收再利用问题，进一步推动汽车工业的绿色环保发展。
随着科技的不断发展，复合材料在汽车工业的应用前景越来越广阔。
在汽车行业中，除了玻璃纤维和碳纤维复合材料，还有许多其他类型的复合材料，如复合材料板材、复合材料密封件等，都可以应用到汽车的不同部位。
复合材料板材可以用来替代金属板材，制成车门、车顶、引擎罩、尾门或后盖等车身结构件。
这种板材在抗撞击性、耐腐蚀性、耐热性和耐疲劳性等方面都具有优良性能，同时也比同等强度的金属材料更轻，可以减轻车辆的总重量，提高燃油经济性和行驶稳定性。
复合材料在汽车中的应用
复合材料在汽车中的应用
随着汽车工业的发展，复合材料在汽车制造中的应用越来越广泛。
复合材料的优点在于其轻质、高强度、耐腐蚀性强、抗疲劳性好等诸多方面，使得它在汽车设计中成为了不可或缺的材料。
复合材料可以用于汽车车身、内饰、底盘、发动机等部件。
其中，碳纤维复合材料在汽车轻量化方面有着突出的表现，通过使用碳纤维复合材料制造汽车的车身和底盘，可以大幅度降低汽车的重量，从而提高燃油效率和行驶性能。
同时，使用碳纤维复合材料还可以提高汽车的安全性能，因为碳纤维的强度和刚性比钢铁高出很多，能够更好地吸收碰撞力和保护车内乘客。
除了碳纤维复合材料，玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料等也被广泛应用于汽车制造中。
例如，玻璃纤维复合材料可以用于汽车内饰、仪表板、门板等部件的制造，具有防火、抗腐蚀等优点；芳纶纤维复合材料可以用于汽车制动系统和发动机盖等高温部件的制造，具有耐高温、抗冲击等优点。
总之，复合材料在汽车制造中的应用越来越广泛，并且未来还有很大的发展空间。
汽车制造商将继续利用复合材料的优良特性来提高汽车的性能和安全性，以适应消费者对更加环保和高效的汽车产品的需求。
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汽车中的复合材料
复合材料在汽车中的应用一、汽车用复合材料简洁概述随着全球能源危机、环境污染等问题的重视，汽车对于重量、噪声、耗油等方面的要求的越来越高。
另一方面，高档轿车的附加功能越来越多，又会增加轿车质量。
汽车的轻量化会可以降低油耗、节省能源、保护环境、改善汽车性能。
图一展现了各类不同汽车的车重和它们的百公里油耗比照状况。
从图中可以看出汽车车重平均削减100kg,汽车的百公里油耗削减0.7L。
值得提示的是，汽车部件的能耗可以从三个方面考察：原材料能耗、加工能耗和运载能耗，图一所示的只是运载能耗。
汽车轻量化设计最有效的途径就是更换新材料。
在现代的众多材料之中，聚合物基复合材料具有比强度和比模量高、耐疲惫、本钱低、减振和降噪性能良好、耐腐蚀和尺寸稳定等优良性能，生产耗能只有钢材的50%-60%,是Al、Mg 材料的70%・80%, 其实不仅是聚合物基复合材料具有以上几点特点，用复合材料替代传统材料，普遍表现出质量小、耐腐蚀、易修补、噪声小、燃油消耗低、成型工艺便利、易回收采用，已广泛应用与制造汽车车身、车门、发动机罩、油底壳、保险杠、板弹簧和驱动轴等。
例如: 美国的Pontiac Fiero轿车采纳纤维增加塑料车身，车重削减了80%o下面概述一下各种复合材料在汽车上面的应用。
金属基复合材料在汽车上的应用：目前应用与汽车工业的金属基复合材料主要有AI或Mg基的颗粒或者短纤维增加的材料，特点是：比强度和比刚度高，耐磨性好，导热性好，热膨胀系数低。
金属基复合材料适合制造汽车的制动器耐磨件，如制动盘等。
现在的汽车制动盘大多采纳铸铁制图一：汽车能耗与重量关系造，但是用铝基复合材料替代铸铁可以减重50%-60%,同时制动距离短，提高导热系数，制动过程中的大量的热量能够散发出去，提高了抗热震性能。
在反复连续制动的工况下外表温度基本维持在450℃,而铸铁刹车盘外表温度高达700C,止匕外，摩擦系数更为稳定。
金属基复合材料还广泛用于制造轻质连杆和活塞。
复合材料在汽车行业的应用研究
复合材料在汽车行业的应用研究在当今汽车工业的快速发展中，复合材料凭借其独特的性能优势，逐渐成为汽车制造领域的重要材料。
复合材料不仅能够减轻车辆重量、提高燃油效率，还能增强汽车的安全性和耐久性。
本文将对复合材料在汽车行业的应用进行深入研究。
一、复合材料的特点与分类复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组合而成的一种多相固体材料。
其特点主要包括高强度、高刚度、低密度、良好的耐腐蚀性和抗疲劳性能等。
常见的复合材料在汽车行业的应用主要有纤维增强复合材料和聚合物基复合材料。
纤维增强复合材料如碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强复合材料（GFRP），具有优异的力学性能。
聚合物基复合材料则以其良好的成型性能和成本优势，在汽车内饰和非结构部件中得到广泛应用。
二、复合材料在汽车车身结构中的应用汽车车身是复合材料应用的重要领域之一。
采用复合材料制造车身结构，可以显著减轻车身重量，从而提高燃油经济性和降低尾气排放。
例如，一些高端汽车品牌已经开始使用碳纤维增强复合材料来制造车身框架和覆盖件。
碳纤维的高强度和低重量特性，使得汽车在保持结构强度的同时，大幅降低了整车重量。
此外，玻璃纤维增强复合材料也常用于车身部件的制造，如保险杠、车门和引擎盖等。
这些部件在碰撞时能够吸收能量，提高汽车的被动安全性。
三、复合材料在汽车动力系统中的应用在汽车动力系统中，复合材料也发挥着重要作用。
例如，复合材料可以用于制造发动机缸体、缸盖和曲轴等部件。
这些部件需要具备高强度、耐高温和良好的耐磨性，而复合材料的性能能够满足这些要求。
同时，复合材料还可以用于制造涡轮增压器叶片和排气管等部件。
由于其良好的耐热性和耐腐蚀性，能够延长部件的使用寿命，提高动力系统的可靠性。
四、复合材料在汽车内饰中的应用汽车内饰对于舒适性和美观性有着较高的要求，复合材料在这方面也有着出色的表现。
聚合物基复合材料可以制成各种形状和颜色的内饰部件，如仪表板、座椅靠背和中控台等。
高分子复合材料的应用场景
高分子复合材料的应用场景随着科技的不断进步，高分子复合材料在各个领域得到了广泛的应用。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，使得它成为了替代传统材料的理想选择。
下面将以人类的视角，介绍高分子复合材料在不同领域的应用场景。
1. 轻量化汽车制造高分子复合材料在汽车制造领域得到了广泛应用。
与传统金属材料相比，高分子复合材料具有更轻的重量和更高的强度，能够减轻汽车的整体重量。
这不仅能够提升汽车的燃油效率，减少尾气排放，还能提高汽车的安全性能。
高分子复合材料在汽车车身、车门、座椅等部件上的应用，使得汽车更加节能环保，同时保证了车辆的舒适性和安全性。
2. 航空航天领域航空航天领域对材料的要求非常高，高分子复合材料凭借其良好的物理性能和化学性能，在航空航天领域得到了广泛的应用。
例如，高分子复合材料可以用于制造飞机机身、翼面、螺旋桨等部件，能够大幅度减轻飞机的重量，提高燃油效率，同时还能提高飞机的强度和耐久性。
此外，高分子复合材料还可以用于制造航天器的外壳和热防护材料，能够承受极端的温度和压力，保护航天器的安全。
3. 建筑领域高分子复合材料在建筑领域的应用也越来越广泛。
在地震频发的地区，高分子复合材料可以用于制造抗震支撑结构，提高建筑物的抗震能力。
此外，高分子复合材料还可以用于制造外墙保温材料，能够有效隔热保温，提高建筑物的能源利用效率。
高分子复合材料还可以用于制造建筑物的屋顶、地板等部件，具有轻质、强度高的特点，提高了建筑物的整体质量。
4. 医疗器械领域高分子复合材料在医疗器械领域的应用也非常广泛。
例如，高分子复合材料可以用于制造人工关节、骨修复材料等，具有良好的生物相容性和机械性能，能够有效替代传统的金属材料。
高分子复合材料还可以用于制造医用导管、缝线等，具有良好的柔韧性和耐腐蚀性，能够提高手术的安全性和舒适性。
高分子复合材料在汽车制造、航空航天、建筑和医疗器械等领域都有广泛的应用。
它的轻质、高强度、耐腐蚀等优点使得它成为了替代传统材料的理想选择。
聚合物基复合材料实例
聚合物基复合材料实例一、引言聚合物基复合材料是一种具有优异性能的材料，其广泛应用于汽车、航空航天、建筑等领域。
本文将介绍几个聚合物基复合材料的实例，以展示其在不同领域的应用。
二、汽车领域1.碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造轻量化零部件，如车身、底盘等。
与传统的金属车身相比，这种复合材料可以降低汽车的重量，并提高其燃油效率和行驶性能。
2.热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板热塑性聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在汽车制造中得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造汽车内饰件，如仪表板、门板等。
与传统的塑料内饰相比，这种复合材料可以提高汽车内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。
三、航空航天领域1.碳纤维增强环氧树脂复合材料碳纤维增强环氧树脂复合材料是一种轻质高强度的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造飞机结构件，如机翼、尾翼等。
与传统的金属结构相比，这种复合材料可以降低飞机的重量，并提高其飞行速度和燃油效率。
2.热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板热塑性聚酰胺/玻璃纤维布层板是一种具有优异耐久性和抗冲击性能的材料，其在航空航天领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造飞机内部结构件，如座椅、壁板等。
与传统的塑料结构相比，这种复合材料可以提高飞机内部的美观性和舒适性，并提高其耐用性和抗冲击性能。
四、建筑领域1.玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料玻璃纤维增强聚酯树脂复合材料是一种具有优异耐久性和抗紫外线性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。
这种复合材料可以用于制造建筑外墙板、屋顶板等。
与传统的混凝土、砖墙相比，这种复合材料可以降低建筑物的重量，并提高其耐久性和抗紫外线能力。
2.聚氨酯/玻璃纤维布层板聚氨酯/玻璃纤维布层板是一种具有优异隔音性和保温性能的材料，其在建筑领域得到了广泛应用。
植物基本复合材料在汽车行业的应用
植物基本复合材料在汽车行业的应用：
植物基本复合材料在汽车行业的应用主要包括以下几个方面：
1.植物纤维增强复合材料：植物纤维如大麻、亚麻、竹子等具有强度高、耐腐蚀、可降解等优点，被广泛用于制备汽车
零部件。
这些材料不仅可以降低汽车重量，提高燃油效率，还有助于减少碳排放。
例如，宝马汽车公司曾经在电动i3的门板上添加了大麻衬里，以减轻重量并增强耐用性。
国内关于PLA在汽车行业的应用研究也较晚，但推广迅速。
2.生物基塑料：生物基塑料由可再生资源的植物纤维与聚合物混合制成，这种材料坚固、耐热，具有较高的强度和耐久
性，同时还可以生物降解。
生物基塑料在汽车行业中用于发动机罩下部件以及汽车制造和运输过程中使用的地毯、地垫、室内装潢和保护性包装等内饰部件。
某些PLA具有高达140°C的耐热性、抗冲击性、抗紫外线性、高光泽度、出色的着色性和尺寸稳定性。
3.植物油：植物油如菜籽油和葵花籽油等可用于生产生物柴油，替代传统的化石燃料。
生物柴油具有可再生、环保、碳
排放少等优点，在汽车行业中被广泛应用。
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2012年10月（下）工业技术科技创新与应用
复合材料在汽车制造中的应用
刘莉
（兰州职业技术学院，甘肃兰州730070）
汽车工业是我国国民经济的重要产业支柱之一，近年来已取得迅猛的发展。
截至2010年，我国汽车产销量分别为1826.7和1806.9万辆，跃居世界第一。
按照“十二五”规划，到2015年将形成2500万辆的产能[1]。
汽车工业的快速发展伴随着能源匮乏、环境污染等问题。
汽车节能、环保、安全既是国际汽车技术的发展方向，也是我国产业政策的要求[2]。
由于钢材料刚性好、易加工，能满足汽车各零部件对材料性能的要求，但钢材料也存在易腐蚀、密度大、能量消耗多的缺点，因此以轻质材料取代传统钢材料势在必行。
近年来，复合材料在汽车制造业的开发应用减轻了重量、降低了油耗、提高了强度和改善震动等性能[3]。
复合材料是由两种或者多种不同性质的材料用物理或化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。
一般复合材料的性能优于其组成材料的性能，并且有些性能是原来组成材料所没有的，如改善材料的刚度、强度和热学等性能等。
1汽车制造业发展趋势
为缓解日益减少的石油资源的压力，节能减排是影响可持续发展的关键因素。
用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。
减轻了汽车重量，滚动阻力随之减少，每公里油耗也就随之下降，不但降低了石油资源的损耗，还减少了尾气排放，缓解了温室效应的压力[2]。
近年来，由于机械和汽车领域对材料强度和硬度方面的要求越来越高，使得复合材料得到广泛的应用。
但与复合材料在宇航方面的应用相比，汽车工业应用复合材料的发展较为缓慢，主要是受限于材料价格高，复合材料的成型加工困难等因素。
目前，伴随高性能复合材料研发与应用，已可通过减轻材料重量来节约成本。
复合材料与金属材料相比，具有能耗低、加工方便、材料性能高和使用寿命长的特点，目前已大规模应用于汽车零部件和内部装饰等方面[4]。
2复合材料在汽车零部件开发应用
2.1在汽车发动机上的应用
发动机的主要部件是活塞，它的工作环境为高温高压，并且活塞在运动过程中不断与活塞环、汽缸壁之间产生摩擦，极易损坏，因此要保证发动机正常工作，要选择耐磨的复合材料。
目前，应用于活塞的材料主要由低密度金属和增强陶瓷纤维组成。
此外，国外又推出了氧化铝纤维增强活塞顶的铝活塞及氧化铝增强的镁合金制造的活塞等[5]。
由于陶瓷材料质量较轻，若将配气机构中的附件也用陶瓷复合材料替换后，可以通过提高转速的方法来提高发动机的功率，或者转速不变，也可通过降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗，从而达到节能减排的目的。
气门座和摇臂头等易磨损部件再采用陶瓷材料后，也可减少磨损，延长使用寿命。
在柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后，改善了发动机低负荷时的燃烧，及低温启动性能，降低了燃烧噪声。
涡轮增压器零件中使用最普遍的是增压器陶瓷涡轮，与金属涡轮相比，陶瓷涡轮质轻，转动惯量仅为金属涡轮的20%，“涡轮滞后”现象得以改善，提高了增压器的动态性能，能在金属涡轮不能承受的高温下工作[6]。
韩鹏[7]从碳纤维复合材料的力学性能和发动机罩的结构特点出发，按照等刚度原则，设计并分析了碳纤维复合材料发动机罩。
用有限元分析方法，确定了发动机罩性能参数。
结果发现，复合材料发动机罩在满足刚度条件下，可减重约16%左右。
2.2车轮
刘国军[4]数值模拟了碳纤维/环氧(T300/5208）复合材料车轮与铝合金车轮的弯曲疲劳试验。
通过对汽车车轮建模，用有限元AN－SYS软件，按国家标准车轮弯曲疲劳试验，分别分析了铝合金和复合材料汽车车轮的强度。
结果发现，在相同应力水平下，复合材料车轮比铝合金车轮轻了40.74%。
同时，优化设计碳纤维/环氧(T300/ 5208）复合材料汽车车轮的轮辋厚度、车轮安装凸缘厚度和车轮的轮廓尺寸，也可以使车轮的重量降低。
2.3其他部件
东风汽车公司开发的共聚甲醛与钢背复合润滑滑动轴承复合材料，已应用于汽车的制动系、传动系、转向系等轴承中。
具有综合性能优于青铜合金，工艺稳定、生产率高、价格低廉等优点。
此外，铜材质的散热器管材也逐渐被复合材料取代。
目前一般采用30%GF 增强的PA66注射成型，并以机械方式与散热器接合，可明显提高设备的耐腐蚀性并节约了金属材料。
用橡胶密封圈使接合面上达到密封的目的，还可以起到防振作用[8]。
张泽书[9]用玻璃纤维和改性丙纶为原料，设计开发了GMT复合材料，并用于汽车内饰。
产品规格为单位质量1150~1250g/m2，幅宽为2200mm。
研究了GMT复合材料成型加工工艺参数与其力学性能之间的关系。
结果发现，采用玻璃纤维和改性丙纶直接混合方法，用非织造布设备进行制备GMT复合材料，成功解决了玻璃纤维和改性丙纶均匀混合、梳理成网均匀等技术问题。
3展望
含有陶瓷纤维、玻璃纤维、高分子材料以及其他新型非金属原料的高性能复合材料在汽车制造业中的广泛研究与应用，极大减小了汽车材料对金属的依赖，实现汽车轻量化，有效缓解了对资源的压力。
伴随我国汽车产业的迅猛发展，探索并开发高性能新型复合材料，进一步减轻重量，增强材料力学及加工性能，降低成本，促进汽车产业的节能减排，已经成为一种必不可挡的趋势。
参考文献
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[2]郑学森.国内汽车复合材料应用现状与未来展望[J].玻璃纤维, 2010,3:35-42
[3]刘军,王腾宁.复合材料在汽车中的应用[J].工程塑料应用, 1996,3:31-33
[4]刘国军.复合材料汽车车轮的强度分析及优化设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006
[5]曹令俊.复合材料在汽车工业中的应用及趋势[J].天津汽车, 2000,1:28-31
[6]罗鹰.复合材料在现代汽车发动机中的应用[J].汽车工程师, 2009,2:50-52
[7]韩鹏.碳纤维复合材料发动机罩优化设计研究[D].长春:吉林大学,2011
[8]向乐新,潘典三.树脂基复合材料及其在汽车中的应用[J].武汉工学院学报,1995,4:19-25
[9]张泽书.汽车内饰用GMT复合材料的制备与研究[D].郑州:中原工学院,2009
摘要：根据当前汽车制造业的发展趋势，从节能减排角度入手，分析了汽车轻量化是当今汽车工业发展的方向，综述了复合材料在我国汽车制造中的开发与应用。
关键词：复合材料；汽车制造；应用
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