化學(xué)纖維在汽車上的應(yīng)用

王春生，陳柏志，邵訓(xùn)磊

（沈陽理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院，遼寧沈陽 110159）

化學(xué)纖維在汽車上的應(yīng)用

王春生，陳柏志，邵訓(xùn)磊

（沈陽理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院，遼寧沈陽 110159）

近年來，我國汽車工業(yè)制造水平顯著提升，但仍與國外發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。汽車制造正向著安全性、輕質(zhì)化、節(jié)能性、高性能的方向發(fā)展，這就對汽車制造水平提出較高的要求。一方面要求使用性能更好的汽車制造材料，另一方面需要采用先進(jìn)的汽車制造技術(shù)，引入更多的科技元素，提高汽車行駛中的安全性和操作性。化學(xué)纖維是一種復(fù)合型的化學(xué)合成材料，其優(yōu)點(diǎn)為種類多、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、性能好、可塑性強(qiáng)、耐高溫、資源豐富，在汽車制造中受到廣泛應(yīng)用。簡要介紹了不同類型的化學(xué)纖維材料在汽車制造中的應(yīng)用。

化學(xué)纖維；汽車制造；碳纖維；長纖維

化學(xué)纖維是天然高分子化合物或由人工合成的高分子化合物作為原料，經(jīng)過一定的化學(xué)加工得到滿足實際使用需求的具有紡織性能的纖維。化學(xué)纖維的種類非常多，可以按照使用需求合成不同的復(fù)合纖維材料。在汽車生產(chǎn)制造中，汽車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、所需要的原材料種類繁多，化學(xué)纖維憑借獨(dú)特的優(yōu)勢被廣泛運(yùn)用到汽車生產(chǎn)中，如安全氣囊、安全帶、汽車坐騎、汽車車上骨架、輪轂、摩擦片等等，不僅更加經(jīng)濟(jì)實用，且安全性能較高。

1 碳纖維材料在汽車制造中的應(yīng)用

碳纖維是纖維狀的碳素材料，含碳量高于90%，力學(xué)性能十分良好。碳纖維的強(qiáng)度高、耐高溫、質(zhì)量輕，即使處于2 000℃的高溫惰性環(huán)境，也不會降低輕度。在汽車設(shè)計中，都會采用到強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的材料，這樣能減輕汽車的重量，從而能夠達(dá)到省油降耗的效果。在現(xiàn)代汽車制造中，碳纖維復(fù)合材料由于具備十分良好的剛度和強(qiáng)度，在汽車底盤、車身的制造中所應(yīng)用的最輕材料。通常情況下，用碳纖維復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的金屬材料將能使汽車的底盤、車身的中聯(lián)降低40%～60%。目前，碳纖維材料的生產(chǎn)成本比較高，在汽車的實際生產(chǎn)中應(yīng)用得十分有限，只是在一些高級轎車、F1賽車和小批量車型中采用，如保時捷911、寶馬Z4、FI賽車、福特GT等。在汽車制動摩擦片的生產(chǎn)中，也會應(yīng)用到碳纖維材料，其具備耐磨、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，由于價格非常貴，所以在高檔轎車的摩擦片生產(chǎn)中會應(yīng)用到碳纖維復(fù)合材料，特別是在賽車制造中會廣泛應(yīng)用到碳纖維制動盤，如F1賽車。采用碳纖維復(fù)合材料的制動盤其性能十分出色，可以在50m的距離內(nèi)把汽車的行駛速度從300km/h減小到50km/h，在這個過程中制動盤的溫度降會急劇升溫至900℃以上，而碳纖維材料制造的制動盤可以承受高達(dá)2 500℃的溫度，且制動穩(wěn)定性能優(yōu)異。目前，能源汽車已經(jīng)面世，以電動汽車為代表的能源汽車已經(jīng)在市場上使用，這也會應(yīng)用到碳纖維材料，比如汽車的氫燃料電池、車輪的輪轂等。

2 長纖維復(fù)合材料在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用

長纖維復(fù)合材料的制作過程比較簡單，不需要通過化學(xué)反應(yīng)制備，所以制造成本非常低，若可以保證纖維長度，則會提高構(gòu)件的力學(xué)性能。長纖維復(fù)合材料最明顯的優(yōu)點(diǎn)為剛度高、強(qiáng)度高，其性能的變化范圍比較寬，不同纖維材料、不同的纖維含量以及不同的鋪陳方向都會得到性能不同的纖維材料。其安全性能較高、抗疲勞性強(qiáng)，如果構(gòu)件出現(xiàn)超載現(xiàn)象，不會馬上失去控制效果，而是起初只有少量纖維斷裂，這時負(fù)載會快速重新分配、傳遞到未被破壞的纖維上，使得整個構(gòu)件不會在短時間內(nèi)被重物擊垮。為了達(dá)到輕量化的目的，商用車外飾件的生產(chǎn)中會大量運(yùn)用到長纖維復(fù)合材料，主要為RTM、SMC等復(fù)合材料。重型車對保險杠的強(qiáng)度性能要求較高，而長纖維復(fù)合材料可以一體化成型，直接替代原來的很多小的金屬構(gòu)件，不僅減輕重量，還減少價格，還有著很強(qiáng)的耐銹蝕性能。還有重型車的擋泥板、腳踏板、前圍護(hù)板、儲藏箱蓋板、側(cè)導(dǎo)流板和頂蓋導(dǎo)流等均能使用SMC符合材料。長纖維材料的熱塑性能也比較好，通常在汽車內(nèi)部承重零件的生產(chǎn)中應(yīng)用較多。但是熱塑性復(fù)合材料表面噴涂技術(shù)還不夠成熟，在汽車制造中應(yīng)用得并不多。LET和GMT等熱塑性復(fù)合材料在汽車中應(yīng)用可以大大降低其自重，發(fā)揮節(jié)能減排的作用。

3 化纖制品在汽車制造中的應(yīng)用

我國化纖制品的年產(chǎn)量非常大，且在汽車制造中所采用的紡織品量也逐漸提高，這表明化纖制品在汽車中的應(yīng)用得到了相關(guān)行業(yè)的重視。化纖制品的種類繁多，根據(jù)實際使用可以合成滿足性能要求化纖制品，其優(yōu)點(diǎn)主要包括強(qiáng)度高、模量高、難燃、耐高溫。耐腐蝕，在汽車內(nèi)飾中應(yīng)用較為廣泛。汽車座椅面料的選擇非常重要，這是汽車與人最大的接觸點(diǎn)，對座椅面料的性能要求較高，與一般的衣料有很大的不同，其耐久性能必須優(yōu)異，并且花紋和顏色也是多樣化的。對于中高級汽車隊座椅面料的要求更高，不僅要滿足相關(guān)的纖維強(qiáng)度指標(biāo)，還應(yīng)該具備良好的色牢度、透氣性、吸濕性、耐起球性、耐清潔性、阻燃性等，近幾年也提出了要做到防靜電、防倒毛等性能。汽車中安全氣囊、安全帶、輪胎擋泥板等都會采用化纖材料，以前都是采用尼龍絲材料制成，其安全性能沒有新型的化纖制品好，且對人體有束縛，新型化纖合成制品的安全性能高、舒適度高、更經(jīng)濟(jì)耐用、穩(wěn)定性好，這也滿足于汽車制造現(xiàn)代化的發(fā)展需求。

4 結(jié)束語

化學(xué)纖維的種類多樣，性能優(yōu)越，被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。

近幾年，我國的汽車制造水平顯著提升，并形成了眾多自主品牌，但是與國外發(fā)達(dá)國家還有很大的差距。在汽車材料的研究上需要投入更多的精力，化學(xué)纖維制品的優(yōu)點(diǎn)明顯，應(yīng)該不斷研發(fā)出性能更好、成本更低的化學(xué)纖維制品，提高汽車的使用性能，促進(jìn)汽車工業(yè)的快速發(fā)展。

［1］ 俞璦權(quán)，盧朕.碳纖維復(fù)合材料在汽車行業(yè)的應(yīng)用［J］.上海汽車，2013，（7）.

Chemical Fiber in the Car

Wang Chun-sheng，Chen Bai-zhi，Shao Xun-lei

In recent years，China's automobile manufacturing level was signifi cantly improved，but still a large gap with foreign countries.Automobile manufacturing is toward safety，weight reduction，energy saving，high performance direction，which the automaker levels higher requirements.On the one hand requires the use of better performance automotive manufacturing materials，on the other hand need to adopt advanced automotive manufacturing technology，the introduction of more technology elements to improve vehicle driving safety and operability.Chemical fi ber is a composite material of chemical synthesis，the advantage of many kinds of high strength，light weight，good performance，plasticity，high temperature，rich in resources，has been widely used in automobile manufacturing.This article briefl y analyzes the different types of chemical fi ber materials in automobile manufacturing.

Chemical fi ber；automobile manufacturing；carbon fi ber；fi ber length

TS10

A

1003-6490（2016）07-0060-02

2016-07-06

王春生（1994—），男，滿族，遼寧綏中人，本科在讀，主要研究方向為車輛工程。