長纖維復合材料在汽車座椅上的應用

于飛

（遼源職業技術學院，吉林 遼源 136200）

長纖維復合材料在汽車座椅上的應用

于飛

（遼源職業技術學院，吉林 遼源 136200）

近年來，汽車工業飛速發展，人們對汽車座椅的要求也越來越高，現在汽車座椅的安全性、多功能、輕量化、環保舒適等成為主要發展方向。長纖維復合材料具有強度高、密度低、容易成型、生產周期短等特點，符合汽車座椅的發展趨勢，逐漸成為汽車座椅首選材料。本文對長纖維復合材料在汽車座椅上的應用進行綜述。

汽車座椅；長纖維復合材料；應用

1 汽車座椅概述

汽車座椅的主要組成部分有：座椅骨架、座椅泡沫、座椅枕頭和座椅面套。除此之外，根據市場的不同需求，座椅還帶有其他部件，如腰托、按摩、扶手等舒適性部件；有些座椅具有儲物功能，帶有抽屜、杯托等。汽車座椅是承載力量的構件，在發生交通事故時起到保護乘客的重要作用。因此，將座椅設計得輕巧、安全舒適，具有很大的意義。

但是，傳統的座椅以金屬為主要材料，而金屬較重，僅僅靠優化設計和結構來改善座椅的輕量化的發展空間有限。長纖維增強復合材料的力學性優異，輕量化效果顯著，逐漸被應用于汽車領域中，不僅應用于簡單非結構件，還使用到復雜形狀的功能構件中，如座椅骨架和前端模塊。

2 長纖維復合材料在汽車中的應用現狀

隨著工業經濟的發展，長纖維增強熱塑性材料也隨之飛快發展，已成為增強塑料行業中增長最快的產業之一。長纖維增強熱塑性材料在歐美發達國家得到大力發展，例如法國的圣戈班公司、美國的LNP公司、Ticona公司、日本帝人公司等國際知名材料企業都研究出了自己的長纖維增強熱塑性材料產品［1］。根據資料統計，在歐美國家，長纖維復合材料在汽車領域的運用的比例大概占總用量的33%，而且還會繼續增長［2］。目前，長纖維復合材料主要用于汽車的結構件、內飾件和功能件上。將金屬材料換成長纖維復合材料，不僅可以使重量減輕，還能使生產模塊化，使生產工藝簡化。2011年，德國BMW汽車公司的某型號汽車的駕駛員座駕用PP-LGF50材料生產，使用壽命得到了提高，質量減輕了62%［3］。福特公司也是一個復合材料應用領域的領導者，其生產的新車，車身隔熱板用纖維增強的片狀塑料作為材料。美國通用汽車公司是世界上最大的汽車制造商之一，已將玻璃纖維復合材料應用于輕便貨車和運動車的貨箱板上。

3 長纖維復合材料的特點

3.1 長纖維復合材料可以直接加工

長纖維復合材料在加工過程中不需要化學反應，只需要按照預定的方向，將增強纖維擠出，并排布在基體上，形成鋪層結構，并將其壓制在高速液壓機上，就可以了。這樣的加工方法不僅不用購買半成品，還能降低制造成本，而且纖維長度得到足夠保證，構件的力學性能更加優良［4］。長纖維復合材料的成型工藝簡單，可以減少零部件的數目，從而可減少很多設計計算工作量，還促進設計計算的準確。此外，把纖維和基體粘結在一起，用模具成型，再加溫固化，就可以制作出長纖維復合材料部件，在制作過程中基體由流體變為固體，材料不易生成小裂紋。

3.2 可設計性強度

高比強度和高比剛度是長纖維復合材料的顯著特點，其性能的變化范圍很寬，不同纖維含量、纖維材料和鋪陳方向，設計出的產品具有不同強度指標、彈性模量和阻燃性能。長纖維復合材料在某種鋪層形式下，在一方向拉伸材料時，材料在垂直于拉伸方向上也得到伸長，這性能完全不同于常用材料。長纖維復合材料可以在性能保持不變的情況下，靈活出設計各種形狀。

3.3 安全性及疲勞性高

長纖維復合材料中存在很多基體，如果用這種材料制成的構件發生超載現象，它不會立刻失效，而是先有少量纖維斷裂，這時負載會快速重新分配、傳遞到沒有被破壞的纖維上，因此整個構件不會在很短的時間內被重物擊垮。除了安全性好之外，長纖維復合材料還具有良好的抗疲勞性，它的疲勞斷裂不會突然爆發，而是從基體開始，慢慢擴展到基體界面和纖維上。因此長纖維復合材料有破壞預兆，可以提前發現，并采取補救措施。

3.4 耐高溫

通常情況下，長纖維復合材料都可以耐高溫，普通的鋁合金在400 ℃時，其彈性模量的下降幅度大，而在相同溫度下，用長纖維增強后的鋁合金，強度和彈性模量保持不變。由于長纖維復合材料的熱導率小，所以它具有較好的耐高溫性能。要是將其應用于汽車座椅中，可以減少汽車座椅在高溫下的損害度。

3.5 減振性能良好

長纖維復合材料和基體界面有較大的阻尼，減振性能較好，同樣大小、形狀的金屬和長纖維復合物材料在系統條件下進行振動試驗，后者的衰減時間短很多。

4 結語與展望

隨著社會的發展，人們的生活水平越來越高，汽車已成為生活的必需品之一。而車輛越多，發生安全事故的幾率就越高。座椅是乘用車上的承載力構件，在發生交通事故時對乘客的安全保護具有重要的作用，因此汽車座椅正朝著輕量化、舒適安全等方向發展。長纖維材料具有良好的性能，不僅能提高汽車座椅的質量，還能減輕質量，減少成本，提高安全性。可以預見，隨著汽車工業的迅猛發展和長纖維復合材料技術水平的提高，長纖維復合材料在汽車座椅中的應用前景必將越來越廣闊。

［1］ 姜潤喜. 長纖維增強熱塑性復合材料的開發與應用［J］. 合成技術及應用，2007，22（1）：24～28.

［2］ 馮奇，何健. 復合材料在汽車中應用的發展趨勢. 工藝材料，2013.

［3］ 魏莉霞，馬鳴圖，楊潔. 長纖維增強熱塑性復合材料在汽車輕量化上的應用. 材料應用，2013.

（P-01）

Long fi ber composite materials used in the car seat

U465

1009-797X （2015） 22-0105-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.040

于飛（1986-），男，助教，機械制造及其自動化專業碩士。

2015-10-19