趙淵博，任學(xué)勤，李文雅

（西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048）

0 引言

由于廣大消費(fèi)者對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)越來越強(qiáng)，以及國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的各種法律條例的頒布，環(huán)保汽車已成為汽車未來的發(fā)展方向，要使汽車達(dá)到環(huán)境保護(hù)的要求，紡織復(fù)合材料作為末來汽車材料的主流，將起到非常重要的作用。

復(fù)合材料可以改善材料的性能,延長使用壽命,增強(qiáng)功能性,對(duì)環(huán)境有利。應(yīng)該重視復(fù)合材料的再生問題并且努力應(yīng)對(duì)復(fù)合材料的再生問題，使得復(fù)合材料朝著環(huán)境保護(hù)的方向發(fā)展。紡織復(fù)合材料一是用短纖維、長絲、紗線或織物用作增強(qiáng)基材料的復(fù)合材料；二是用多種纖維做成的機(jī)織、針織、非織造、二維編織和三維編織等織物作為增強(qiáng)材料所做成的復(fù)合材料。其特點(diǎn)是采用了紡織預(yù)形件技術(shù)，即通過紡織加工方法將纖維材料制備成外形與復(fù)合材料成品相似、內(nèi)部纖維取向和排列符合復(fù)合材料設(shè)計(jì)要求的預(yù)成形件，然后再將預(yù)形件與基體復(fù)合制成復(fù)合材料制品。它包括以橡膠為基礎(chǔ)的柔性紡織復(fù)合材料和以樹脂或塑料為基礎(chǔ)的剛性紡織復(fù)合材料。

在紡織材料中,基體起著傳遞載荷以及均勻載荷和支撐纖維的作用。唯獨(dú)只有纖維和基體相互配合協(xié)調(diào),才能充分發(fā)揮出整體的作用以及自身的性能。紡織材料本身具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛性好等特點(diǎn)，而且它的強(qiáng)度和剛性都不大，密度比金屬的小。復(fù)合材料有剛性和柔性，都可以應(yīng)用在汽車工業(yè)領(lǐng)域。

1 汽車用紡織材料

隨著當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需求，消費(fèi)者對(duì)汽車要求廣泛，如重量輕、節(jié)省能源、美觀以及環(huán)保和安全等，這使得紡織復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)[1]。汽車部件輕量化以及小型化已成為汽車部件的重要發(fā)展方向。因此，輕質(zhì)紡織復(fù)合材料成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。汽車用紡織材料有很多種，一般紡織材料作為基體增強(qiáng)材料在汽車領(lǐng)域中使用。

普通的汽車材料質(zhì)量和體積較大，強(qiáng)度低，阻燃性、透氣性以及舒適性不高，不利于節(jié)約資源和人身安全，達(dá)不到人們的需求。因此，改進(jìn)這些方面可以用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。碳纖、玻璃纖、天然纖維等纖維在汽車領(lǐng)域的復(fù)合中應(yīng)用較多[2]。這些纖維具有尺寸穩(wěn)定、吸濕率低、耐熱、耐老化、耐化學(xué)和阻燃、抗拉強(qiáng)度高，伸長率小，彈性模量高、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)。這些材料可以廣泛應(yīng)用于汽車座椅、油箱、車門、車架、懸臂梁、驅(qū)動(dòng)軸、行李箱、方向盤等上。

2 紡織復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步，一些新技術(shù)、新材料逐漸應(yīng)用到了汽車領(lǐng)域，并對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，其中碳纖維材料在汽車上的應(yīng)用最為典型。碳纖維應(yīng)用于汽車后，對(duì)汽車制造業(yè)最突出的作用是汽車輕量化[3]，最直接的影響是節(jié)約能源、加速和制動(dòng)性能的提高。而輕量化的車體可以使整個(gè)車的重心向下,提高了汽車的操縱穩(wěn)定性，車輛的運(yùn)行也會(huì)更加安全穩(wěn)定。

碳纖維復(fù)合材料具有良好的減振效果。據(jù)資料顯示輕合金與碳纖維復(fù)合材料的振動(dòng)停止時(shí)間,分別是9s 和2s。因此，碳纖維材料在汽車上的應(yīng)用對(duì)降低汽車的噪音、振動(dòng)和聲振粗糙度同樣有很大的貢獻(xiàn)，將大大提高汽車駕駛的舒適度。因?yàn)樘祭w維復(fù)合材料比金屬材料的疲勞強(qiáng)度要高，碳纖維復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度一般在70%～80%，所以碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用可以有效地提高材料的疲勞可靠性。由于碳纖維復(fù)合材料比金屬材料更容易設(shè)計(jì)以及可塑性較好，因此，碳纖維復(fù)合材料更適合應(yīng)用于車身。碳纖維金屬復(fù)合材料的車體構(gòu)造能達(dá)到傳統(tǒng)汽車車體的標(biāo)準(zhǔn)，大大減少零部件的種類，減少了投資，縮短開發(fā)周期。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料車身的質(zhì)量比鋼材料車身輕，兩者重量相差約為50%。如果車輛重量減輕50kg，1L 燃油量的行駛距離可增加到2km；如果重量減少10%，則燃油可節(jié)省5.5%左右[4]。輪轂作為保證車輛安全的重要部件之一，不僅承擔(dān)著車輛的重量和載荷，而且還傳遞著驅(qū)動(dòng)力和扭矩，這對(duì)汽車輪轂的質(zhì)量有很高的要求。而且，使用碳纖維復(fù)合材料會(huì)減輕輪轂重量，有利于降低車輪慣性，使車輛具有更快的啟動(dòng)、停止和轉(zhuǎn)向速度。

福特新野馬謝爾比gt350r 配備了碳纖維車輪，它的重量只有8.6kg，而一般金屬材料的輪轂重量是15kg，所以在減少簧下質(zhì)量約20kg 的同時(shí)，也保證了其堅(jiān)固性和安全性。汽車傳動(dòng)軸對(duì)材料性能的要求也比較高，碳纖維增強(qiáng)材料所具有的優(yōu)異特性，比如質(zhì)輕以及比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn),則能更好地去滿足替代金屬材料。碳纖維復(fù)合材料的驅(qū)動(dòng)軸不僅降低了60%的重量,而且具有更好的抗疲勞性和耐久性。蘭博基尼第六元素概念車采用碳纖維活塞連桿代替鋼接頭，重量減少了40%～50%、碳纖維增強(qiáng)材料在汽車進(jìn)氣系統(tǒng)中的應(yīng)用,不僅可以減輕汽車車體重量，而且碳纖維增強(qiáng)材料易加工成各種形狀，并且外觀表面比較光滑，可有效提高進(jìn)氣效率。采用了碳纖維增強(qiáng)材料制成的進(jìn)氣系統(tǒng)，碳進(jìn)氣纖維增強(qiáng)材料進(jìn)氣管重和塑料進(jìn)氣管重分別為235g 和438g。

為了使塑料材料的性能提高，高分子樹脂填料的研究也正在迅速發(fā)展。由于增強(qiáng)材料和填充材料多種多樣，增強(qiáng)材料將采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料。目前,汽車領(lǐng)域主要采用玻璃纖維材料以及少量的PBT 和PPO材料增強(qiáng)塑料。玻璃纖維的加入大大提高了塑料的物理機(jī)械性能[5]。在目前人們對(duì)汽車眾多的需求，傳統(tǒng)的材料是達(dá)不到的，這也使汽車制造領(lǐng)域?qū)ΣＡЮw維復(fù)合材料的需求量越來越大[6]。玻璃纖維可以用于汽車防潮、防腐、隔音、電絕緣材料等方面。玻纖的復(fù)合可以增強(qiáng)塑料的強(qiáng)度和剛性。雖然許多汽車廠在車身生產(chǎn)中已經(jīng)用玻璃纖維增強(qiáng)材料代替了重金屬，但玻璃纖維是一種從熔融玻璃中提取出來的纖維。高溫熔融后很容易再固化，給廢舊汽車的回收利用帶來了很大的困難。玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（GMT）由法國國家科學(xué)研究院開發(fā)，由于其多功能性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上被廣泛認(rèn)為具有優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于汽車儀表板、轉(zhuǎn)向器、散熱器系統(tǒng)和電子設(shè)備中[5]。

目前，玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料發(fā)展迅速，發(fā)展速度快于熱固性玻璃鋼。世界上最大的兩個(gè)汽車制造商通用汽車公司和美國福特汽車公司已經(jīng)將玻璃纖維復(fù)合板應(yīng)用于輕型貨車（皮卡）和多功能跑車上。玻璃纖維復(fù)合材料重量較輕，也可以實(shí)現(xiàn)減輕車體重量的效果，從而達(dá)到節(jié)約燃油的目的[6]。目前，玻璃纖維復(fù)合材料具有很強(qiáng)的市場競爭力，根據(jù)近年來的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，玻璃纖維復(fù)合材料汽車產(chǎn)品市場總量增長迅速，并有著強(qiáng)勁的上升趨勢(shì)，更引起了汽車行業(yè)的特別關(guān)注。

3 紡織復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的展望

復(fù)合材料科學(xué)是一門橫跨力學(xué)、化學(xué)、化工、物理和紡織等領(lǐng)域的新興學(xué)科[7]。隨著科技迅速的發(fā)展，紡織復(fù)合材料是一個(gè)重要的研究方向。傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域的材料一般為金屬材料、塑料等，紡織品不可能完全替代這些材料，但是紡織材料已成為汽車材料不可替代的組成部分。紡織材料在汽車環(huán)保節(jié)能領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。傳統(tǒng)汽車制造材料與紡織材料的復(fù)合與應(yīng)用在將來是一個(gè)很好的發(fā)展方向，而且汽車用紡織材料一定會(huì)朝著功能多樣化等趨勢(shì)發(fā)展。在汽車制造用紡織原料的開發(fā)中，既要充分利用各種資源，又要杜絕浪費(fèi)，還必須提高材料的性能，增加多功能。

4 結(jié)語

隨著我國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，紡織復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的發(fā)展前景很可觀。就需積極引進(jìn)高質(zhì)量高水平技術(shù)，提高生產(chǎn)制造水平，更好地利用紡織材料，走傳統(tǒng)汽車材料與紡織材料相結(jié)合的道路，共同推動(dòng)發(fā)展。