工程机械-专用车轻量化应用现状分析（化工材料篇）

工程机械_专用车轻量化应用现状分析（化工材料篇）轻量化设计定义工程机械产品的轻量化设计指从更新材料、优化制造工艺、调整工程机械结构等角度共同着手，采取一系列技术措施减轻工程机械产品自重量、控制运行能耗、降低制造成本、提高产品使用性能。轻量化发展现状（化工材料）车辆轻量化中应用的化工材料，主要以塑料、复合材料、精细陶瓷材料为准。在塑料方面，以工程塑料居多，如尼龙、高端聚烯烃、聚碳酸酯等。在复合材料方面，以树脂基纤维增强材料为主，如碳纤维类的高性能纤维、环氧树脂类的热固性树脂材料应用等。而且，复合材料大多属于高分子材料，其材料成型加工与应用，也能够以具有“质量体系管理标准”特征的工艺流程进行生产制造。并且，实现“个性化订制生产”目标。上次我们介绍了轻量化的金属材料应用，这次来看看化工材料！1.碳纤维复合材料碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。碳纤维比铝轻30%左右、比钢轻50%左右，强度却是钢的7至8倍，最早用于军工、航天、航空等高科技领域，后来也广泛用于工程机械、重型车。碳纤维复合材料可以使车身、底盘减重50%以上。用碳纤维复合材料所制的板簧与传统材料相比减重76%，使用碳纤维发动机罩可使发动机减重6kg以上。以宝马i8车身结构为例，它在车身底盘（Drive）采用的是金属结构，但在乘员舱（Life）使用了CFRP碳纤维增强复合材料，兼顾了强度与轻量化；我国重联重科近年来推出的新型混凝土泵车中，使用了大量碳纤维增强复合材料取代传统的合金钢材质，配置有80mm碳纤维臂架等部件，可以将钢壁架混凝土泵车质量控制为同类老旧型号混凝土泵车质量的60%左右。2.塑料车辆塑料化是当今汽车制造的一大趋势。车用塑料质量轻、强度高，只有普通钢材重量的15%～20%，比木材更轻，对汽车轻量化有极大的促进作用，在车辆的前后保险杠、仪表盘、进气管、挡泥板、门板、尾翼、后视镜罩等等部位有着广泛运用。塑料车身有以下优点：第一，及其有利于轻量化，节省电能。第二是非常容易修复，当金属车身遭遇轻微碰撞后非常容易塌陷，因此在喷漆之前就需要做钣金修复的工作，而塑料件的弹性变形能吸收大量的碰撞能量，再被轻微刮蹭之后一般只需打磨喷漆就可以了。第三是抗腐蚀性极强，不会锈蚀。以奔驰旗下的smart为例，其车身80%都是塑料件；法国研发人员研发的名为“欢乐敞篷”的全塑料汽车在英国上市，整车只有370kg，仅为普通汽车的三分之一；日本的旭化成公司新开发了一种聚酰胺泡沫塑料，这种泡沫塑料具有极好的耐热性、耐油性、刚性和降噪质量，在汽车的内饰、车顶、发动机、座椅和地板结构中都可以应用，在减重降噪方面有很好的效果。3.精细陶瓷材料陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，具有良好的高温强度、高耐蚀性、高耐磨性、低膨胀系数与低密度（约等于钢铁的1／2）等优点用它代替耐热合金能大幅度地提高发动机的效率降低能耗节约贵重金属‚达到轻量化效果。目前已广泛应用陶瓷材料代替Ni基耐热合金制造涡轮增压器的转子并且取得了良好的效果。陶瓷材料质量轻‚耐热性和耐磨性好但存在脆性缺点。根据车用涡轮增压器的使用环境和条件特别是在1000℃以下的温度范围内通过对各种陶瓷材料进行选择结果发现：Si3N4系陶瓷具有质量轻、强度高、耐热冲击和韧性好等优越性，是制造涡轮转子的理想材料。图1所示为对涡轮增压器加速响应性的比较。由图1可以看出通过采用Si3N4陶瓷材料可使增压器从启动至10万r/min的加速时间缩短约36％。综上所述，一方面，应该在汽车轻量化发展过程中，对化工材料运用位置、材料运用量、材料运用问题进行全面解析。另一方面，应该从国际市场与国内市场的“双重透视角度”，重视汽车轻量化中国际同业研究前沿中的新材料研发设计与应用情况，尽量在“同级发展水平”下，通过“大数据”对我国汽车轻量化方面