浅析复合材料在汽车包装设计上的应用

引言

汽车工业是世界上主要大国的经济支柱产业之一。据中国汽车工业协会最新统计，2015年我国汽车产销量超过2450万辆，连续7年蝉联全球第一，已成为全球汽车生产、销售第一大国，但是汽车工业在发展过程中也面临诸多难题，如交通安全、能源消耗量大、环境污染等问题。提高汽车安全性、降低能源消耗、减少环境污染是目前汽车工业急需解决的三ฟ大问题。在保证웃汽车安全和可靠性的前提下，降低汽车整备质量是目前解决问题的有效途径之一。为了降低汽车整备质量，就需要在制造汽车时选择轻型替代材料，而复合材料就是比较理想的替代材料之一。

1 复合材料及其特点

复合材料是由两种或两种以上的物理、化学性质不同的物质经人工合成的材料。它不仅具有各组成材料的特点，而且具有单一材料无法具备的优越的综合性能。复合材料已经有很长的使用历史，如从古代到今天仍然在建筑上使用的稻草或麦秸增强粘土、使用历史超过100年的钢筋混凝土等，它们均由两种材料复合而成。在20世纪40年代，由于航空工业发展的需要，出现了复合材料这一名称。至今，已出现了多种各具特色的复合材料，在航空航天工业、建筑工业、汽车工业等领域应用广泛。

1.1 复合材料分类

复合材料种类较多，但分类方法不尽相同。常见的有：

按照基体相的种类分类，可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、石墨基复合材料、混凝土基复合材料等;按照用途分类，可分为结构复合材料、功能复合材料、智能复合材料;按照增强的种类。可分为颗粒基复合材料、晶须增强复合材料、纤维增强复合材料等。按其组成，可分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料;按其结构特点，又可分为纤维增强复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料。

1.2 复合材料的主要特点

复合材料的主要特点是比重小、比模量大和比强度高，如碳纤维和环氧树脂组成的碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度是普通钢的7倍、比模量是普通钢的4倍。同时，复合材料还具有良好的抗疲劳性能、耐高温性能、良好的破断安全性能及优良的化学稳定性能。另外，对于形状复杂的构件，可以一次整ข体成型，成型工艺简便灵活。

2 复合材料在汽车上的应用

2.1 聚合物基复合材料

聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基体材料由于其粘结性能好，把纤维牢固地粘结起来。同时，基体又能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。纤维和基体之间的良好地复合显示了各自的优点，并能实现最佳结构设计，具有许多优良特性。常见的聚合物基复合材料主要有玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强复合材料及芳纶纤维增强复合材料。

玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维与热固性树脂或热塑性树脂复合的材料，俗称玻璃钢。具有强度高、价格低、来源丰富及工艺性能好等特性，常用来做汽车仪表、内饰件、发动机散热器风扇叶片、导流板、扰流板及翼子板等，是目前汽车上应用较多的一种复合材料。碳纤维增强复合材料是以碳纤维或其织物为增强相，以树脂、金属、陶瓷等为黏结剂而制成的。

目前主要有碳纤维∕树脂、碳纤维∕碳、碳纤维∕金属、碳纤维∕陶瓷等复合材料。碳纤维增强复合材料与高强度钢及轻质合金相比，其轻量化效果最为显著，吸能效果也由于金属材料及玻璃钢，是最为理想Σ的轻型材料。

2.2 金属基复合材料

金属基复合材料是由低强度、高韧性的基体和高强度、高弹性模量的纤维组成。基体大多采用铝、铝合金、铜、铜合金、镁合金和镍合金。具有高的强度和弹性模量，同时抗磨性和化学稳定性也较好。

主要有：颗粒、晶须增强金属基复合材料，在汽车上主要用于发动机活塞、喷油嘴部件及制动装置等;纤维增强金属基复合材料，在汽车上主要用作活塞环、连杆、气缸体、活塞销等。

3 未来发展趋势

由于复合材料优异的性能，特别是作为汽车配件材料与传统汽车材料相比，是较为理想的轻型材料。目前，在汽车上应用的主要是聚合物基复合材料和金属基复合材料这两种。与其他轻型材料相比，如塑料、轻质合金等，复合材料在我国汽车工业中的用量偏小。未来，随着我国复合材料技术水平的提高，以及汽车产业政策的调整，复合材料在我国汽车工业中特别是新½能源车辆中的用量会逐渐增加。