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        復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)應(yīng)用的障礙

        2014-08-15 00:55:42賈寶棟
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2014年3期
        關(guān)鍵詞:復(fù)合材料成本汽車(chē)

        賈寶棟

        (齊齊哈爾工程學(xué)院,黑龍江 齊齊哈爾 161000)

        由于復(fù)合材料具有特殊的振動(dòng)阻尼特性,可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好,損傷后易修理,便于整體成形,故可用于制造汽車(chē)車(chē)身、受力構(gòu)件、傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)架及其內(nèi)部構(gòu)件。但在研發(fā)及應(yīng)用過(guò)程中也有許多相應(yīng)問(wèn)題:

        (1)注意開(kāi)發(fā)低成本的材料體系,核心是低成本的碳纖維。碳纖維生產(chǎn)中2~2.5kg原絲才出1kg碳絲,PAN原絲要占成本的50~60%,繼續(xù)降低成本難度很大。國(guó)內(nèi)T700量級(jí)12K的產(chǎn)品成本約在150元/kg左右,降到100元/kg以下也有難度。但世界上已開(kāi)始向該方向努力,如德國(guó)和美國(guó)、日本的行動(dòng),他們主要就是集中在低成本原絲技術(shù)的開(kāi)發(fā)。其次要注意低溫快速固化、流動(dòng)性好的樹(shù)脂體系的配套研發(fā)和熱塑性樹(shù)脂體系及預(yù)浸料制造技術(shù)的研發(fā)。

        (2)更為重要的是要注意低成本制造技術(shù)的研發(fā)。人們往往有誤解,復(fù)合材料成本高是高在碳纖維等材料上。其實(shí)不然,其成本高關(guān)鍵是制造成本高。據(jù)知復(fù)合材料制件的總成本中,制造成本占了70~80%,材料成本只占20%左右。因此低成本技術(shù)的核心是低成本的制造技術(shù)。所以欲掃除先進(jìn)復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)上應(yīng)用的障礙,關(guān)鍵是研發(fā)低成本,快速成形技術(shù),共中RTM技術(shù)占有重要地位。應(yīng)用大規(guī)模整體成型,即采用共膠接/共固化技術(shù),大量減少零件數(shù)、緊固件數(shù),將眾多零件做成一個(gè)整體件的技術(shù)方法。大規(guī)模整體成型乃是復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)之一,對(duì)減輕結(jié)構(gòu)重量、減少裝配時(shí)間、降低成本收效甚大,目前在航空工業(yè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造中已大量應(yīng)用??傊?,低成本制造技術(shù)的研發(fā)是克服低生產(chǎn)效率高成本障礙最重要的方面之一。

        (3)復(fù)合材料技術(shù)需要設(shè)計(jì)、材料和工藝三方面密切結(jié)合,缺一不可。但這三方面中設(shè)計(jì)是牽頭的,起主導(dǎo)作用。故要十分注意設(shè)計(jì)技術(shù),包括計(jì)算技術(shù)的研究發(fā)展。先進(jìn)復(fù)合材料歷經(jīng)近50年的研究、應(yīng)用和發(fā)展,已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步并逐步走向了成熟化、規(guī)范化,只是汽車(chē)領(lǐng)域還是該方面的新軍。急需進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究、借鑒和提高,從而建立起有汽車(chē)工業(yè)特色的設(shè)計(jì)、分析、制造和試驗(yàn)驗(yàn)證與鑒定驗(yàn)收的一整套相關(guān)技術(shù)和相應(yīng)規(guī)范。

        從世界上看,目前該項(xiàng)課題還存在一些認(rèn)識(shí)和技術(shù)上的問(wèn)題,主要的問(wèn)題可有:

        (1)思想認(rèn)識(shí)和理念上的問(wèn)題:雖然世界上對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用近來(lái)認(rèn)識(shí)上已有提高,有了一批先知先覺(jué)者,并已積極行動(dòng)起來(lái),但多數(shù)還在觀望,亦不乏反對(duì)和抵制者,阻力還是相當(dāng)大的。汽車(chē)工業(yè)是一個(gè)發(fā)展多年,從設(shè)計(jì)、選材到制造有其一套成熟和穩(wěn)定的東西,驟然改變之絕非易事。為此復(fù)合材料界要和汽車(chē)領(lǐng)域的OEM建立起良好的互信關(guān)系,合作共贏,才有可為。

        (2)在汽車(chē)領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用復(fù)合材料無(wú)論從設(shè)計(jì)、材料到制造均嚴(yán)重地缺乏經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),熟悉金屬結(jié)構(gòu)的汽車(chē)設(shè)計(jì)師,不大熟悉復(fù)合材料甚至不懂復(fù)合材料設(shè)計(jì),致使如何發(fā)揮汽車(chē)上應(yīng)用復(fù)合材料獲取最大效益成了問(wèn)題。因此特別要注意學(xué)習(xí)、借鑒,積累經(jīng)驗(yàn),建立數(shù)據(jù)庫(kù),在應(yīng)用的實(shí)踐中總結(jié)提高,且不能操之過(guò)急,可能要有一個(gè)發(fā)展的過(guò)程。

        (3)我們已經(jīng)知道,復(fù)合材料的生產(chǎn)制造幾乎完全不同于金屬。這就存在一個(gè)原有設(shè)備更新和改造,新設(shè)備添置和引進(jìn)的問(wèn)題,這對(duì)已發(fā)展成熟的汽車(chē)工業(yè)而言可能是一個(gè)長(zhǎng)期而痛苦的過(guò)程。如原用于金屬生產(chǎn)制造的車(chē)銑刨磨鉗鍛鑄焊等工序復(fù)合材料基本不用,甚至程控?cái)?shù)控機(jī)床等近代設(shè)備亦無(wú)用武之地,產(chǎn)業(yè)鏈將發(fā)生巨大的變化。這一切在已初步實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料化的航空工業(yè)正在發(fā)生并積極進(jìn)行中,歐美等一些先進(jìn)國(guó)家正在揚(yáng)棄和關(guān)閉一些用于金屬機(jī)身機(jī)翼等的制造車(chē)間和設(shè)備,轉(zhuǎn)而大規(guī)模投資興建復(fù)合材料的工廠和設(shè)備,大規(guī)模發(fā)展復(fù)合材料機(jī)械化、自動(dòng)化制造技術(shù)和相關(guān)設(shè)備,由生產(chǎn)金屬零部件向生產(chǎn)復(fù)合材料制件轉(zhuǎn)進(jìn),一場(chǎng)革命性的變革正在悄然發(fā)生,汽車(chē)工業(yè)恐怕也要早點(diǎn)看到這個(gè)問(wèn)題,并在思想上有所準(zhǔn)備。

        (4)還有一個(gè)重要的問(wèn)題就是到期報(bào)廢產(chǎn)品的回收再利用的問(wèn)題。汽車(chē)的壽命比飛機(jī)和風(fēng)扇葉片等要短,一般10~15年,到壽命的汽車(chē)零部件的回收再利用在西方先進(jìn)國(guó)家有嚴(yán)格的規(guī)定,如歐美日等規(guī)定到2015年汽車(chē)上報(bào)廢的零部件要有95%以上可回收再利用。這對(duì)復(fù)合材料在汽車(chē)上的擴(kuò)大應(yīng)用是一個(gè)很大的制約條件,因復(fù)合材料的回收再利用較金屬難度大,特別是熱固性復(fù)合材料。過(guò)去的辦法是粉碎、焚燒和掩埋,現(xiàn)在應(yīng)研發(fā)更科學(xué)的辦法。有鑒于此,西方發(fā)達(dá)國(guó)家已著手研究解決這一問(wèn)題,并已建起了多個(gè)專(zhuān)門(mén)的企業(yè)從事該項(xiàng)產(chǎn)業(yè)。目前較科學(xué)的辦法有高溫裂解,溶劑淬取等,使纖維和樹(shù)脂分離,回收再利用。相信隨人們認(rèn)識(shí)的提高,重視程度的增加,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,此問(wèn)題會(huì)逐步得到解決。

        在汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料前景是肯定的,前途是光明的,世界上的相關(guān)業(yè)界已開(kāi)始積極行動(dòng)起來(lái),付諸實(shí)施。希望國(guó)內(nèi)對(duì)此能有清醒認(rèn)識(shí)并付諸行動(dòng),順應(yīng)歷史發(fā)展的潮流,不落人后,在該技術(shù)領(lǐng)域跟上并能超越世界前進(jìn)的雄偉步伐。

        [1]肖永清,楊忠敏.汽車(chē)的發(fā)展與未來(lái)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

        [2]李明惠.汽車(chē)材料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

        [3]王榮國(guó),武衛(wèi)莉,谷萬(wàn)里.復(fù)合材料概論[M]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2008.

        [4]吳人杰.復(fù)合材料——二十一世紀(jì)新材料叢書(shū)[M].北京:天津大學(xué)出版社,2007.

        [5]柯?lián)P船.聚合物納米復(fù)合材料[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

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