于飛

（遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 遼源 136200）

長纖維復(fù)合材料在汽車座椅上的應(yīng)用

于飛

（遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 遼源 136200）

近年來，汽車工業(yè)飛速發(fā)展，人們對汽車座椅的要求也越來越高，現(xiàn)在汽車座椅的安全性、多功能、輕量化、環(huán)保舒適等成為主要發(fā)展方向。長纖維復(fù)合材料具有強度高、密度低、容易成型、生產(chǎn)周期短等特點，符合汽車座椅的發(fā)展趨勢，逐漸成為汽車座椅首選材料。本文對長纖維復(fù)合材料在汽車座椅上的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

汽車座椅；長纖維復(fù)合材料；應(yīng)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(jù)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(gòu)件，在發(fā)生交通事故時起到保護(hù)乘客的重要作用。因此，將座椅設(shè)計得輕巧、安全舒適，具有很大的意義。

但是，傳統(tǒng)的座椅以金屬為主要材料，而金屬較重，僅僅靠優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)來改善座椅的輕量化的發(fā)展空間有限。長纖維增強復(fù)合材料的力學(xué)性優(yōu)異，輕量化效果顯著，逐漸被應(yīng)用于汽車領(lǐng)域中，不僅應(yīng)用于簡單非結(jié)構(gòu)件，還使用到復(fù)雜形狀的功能構(gòu)件中，如座椅骨架和前端模塊。

2 長纖維復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，長纖維增強熱塑性材料也隨之飛快發(fā)展，已成為增強塑料行業(yè)中增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。長纖維增強熱塑性材料在歐美發(fā)達(dá)國家得到大力發(fā)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(yè)都研究出了自己的長纖維增強熱塑性材料產(chǎn)品［1］。根據(jù)資料統(tǒng)計，在歐美國家，長纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的運用的比例大概占總用量的33%，而且還會繼續(xù)增長［2］。目前，長纖維復(fù)合材料主要用于汽車的結(jié)構(gòu)件、內(nèi)飾件和功能件上。將金屬材料換成長纖維復(fù)合材料，不僅可以使重量減輕，還能使生產(chǎn)模塊化，使生產(chǎn)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(chǎn)，使用壽命得到了提高，質(zhì)量減輕了62%［3］。福特公司也是一個復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，其生產(chǎn)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(fù)合材料應(yīng)用于輕便貨車和運動車的貨箱板上。

3 長纖維復(fù)合材料的特點

3.1 長纖維復(fù)合材料可以直接加工

長纖維復(fù)合材料在加工過程中不需要化學(xué)反應(yīng)，只需要按照預(yù)定的方向，將增強纖維擠出，并排布在基體上，形成鋪層結(jié)構(gòu)，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(gòu)件的力學(xué)性能更加優(yōu)良［4］。長纖維復(fù)合材料的成型工藝簡單，可以減少零部件的數(shù)目，從而可減少很多設(shè)計計算工作量，還促進(jìn)設(shè)計計算的準(zhǔn)確。此外，把纖維和基體粘結(jié)在一起，用模具成型，再加溫固化，就可以制作出長纖維復(fù)合材料部件，在制作過程中基體由流體變?yōu)楣腆w，材料不易生成小裂紋。

3.2 可設(shè)計性強度

高比強度和高比剛度是長纖維復(fù)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(shè)計出的產(chǎn)品具有不同強度指標(biāo)、彈性模量和阻燃性能。長纖維復(fù)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(fù)合材料可以在性能保持不變的情況下，靈活出設(shè)計各種形狀。

3.3 安全性及疲勞性高

長纖維復(fù)合材料中存在很多基體，如果用這種材料制成的構(gòu)件發(fā)生超載現(xiàn)象，它不會立刻失效，而是先有少量纖維斷裂，這時負(fù)載會快速重新分配、傳遞到?jīng)]有被破壞的纖維上，因此整個構(gòu)件不會在很短的時間內(nèi)被重物擊垮。除了安全性好之外，長纖維復(fù)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(fā)，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(fù)合材料有破壞預(yù)兆，可以提前發(fā)現(xiàn)，并采取補救措施。

3.4 耐高溫

通常情況下，長纖維復(fù)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(fù)合材料的熱導(dǎo)率小，所以它具有較好的耐高溫性能。要是將其應(yīng)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(fù)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(fù)合物材料在系統(tǒng)條件下進(jìn)行振動試驗，后者的衰減時間短很多。

4 結(jié)語與展望

隨著社會的發(fā)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(fā)生安全事故的幾率就越高。座椅是乘用車上的承載力構(gòu)件，在發(fā)生交通事故時對乘客的安全保護(hù)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(fā)展。長纖維材料具有良好的性能，不僅能提高汽車座椅的質(zhì)量，還能減輕質(zhì)量，減少成本，提高安全性?？梢灶A(yù)見，隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和長纖維復(fù)合材料技術(shù)水平的提高，長纖維復(fù)合材料在汽車座椅中的應(yīng)用前景必將越來越廣闊。

［1］ 姜潤喜. 長纖維增強熱塑性復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用［J］. 合成技術(shù)及應(yīng)用，2007，22（1）：24～28.

［2］ 馮奇，何健. 復(fù)合材料在汽車中應(yīng)用的發(fā)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(fù)合材料在汽車輕量化上的應(yīng)用. 材料應(yīng)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(yè)碩士。

2015-10-19