材料是工業(yè)產(chǎn)品的基礎，社會一直在提倡節(jié)能減排，在其他條件相同的情況下，減輕運動器重量就是節(jié)約能源；車重與油耗的關系成正比。據(jù)說汽車重每下降10%，油耗也會相應下降若干個百分點，少耗油也就減少了廢氣的排放；軌道車輛，1t自重每走行1km，耗電約0.13MJ，若以每日走行400km計算，則一年所消耗的電能為20930MJ，折合61369kW。耗能量與重量有關，減輕車輛自重可節(jié)約能源，車輛由多個機構(gòu)、部件所組成，復合材料相對密度在1.5~2.0之間，只有碳鋼的1/4~1/5，輕質(zhì)高強與可設計性的特點，車輛采用復合材料比例正在逐年提高，從而減輕部件重量，即減輕車輛自重，交通車輛中降低油耗也就減少了廢氣的排放。

一、 復合材料成型方法

早年復合材料是由玻璃纖維增強合成樹脂稱為玻璃鋼，后纖維種類增多改稱復合材料，它具有可設計性，而且輕質(zhì)高強，這些年來，車輛采用復合材料比例正在逐年提高。

復合材料成型方法有二十余種，其中，手糊最為普遍，模壓產(chǎn)品綜合性能優(yōu)，真空袋壓成型；而量比較大的SMC材料，它是由低粘高強的不飽和樹脂、MgO、CaO等增稠劑、引發(fā)交聯(lián)劑、低收縮添加劑、填料、著色劑、短切玻纖紗等等組成的SMC片狀模壓料。

二、復合材料在船上應用

水面濕熱，金屬易腐蝕，海面上甚至更嚴重，復合材料的防腐性、輕質(zhì)高強具有一定優(yōu)勢；我國在1958開始制造輯私玻璃鋼艇及小型玻璃鋼船，近些年市場對高速客船，游艇產(chǎn)業(yè)有表現(xiàn)出興趣，有了一定的發(fā)展，本人曾經(jīng)參加過娛樂艇、游輪船的部份工作，

1、 舉一個部件----游艇漿，在方型木桿外包裹炭纖維預浸料布。

船槳桿鋪層

固化

修補

組裝成型

2、娛樂船，鋪層是個基本工序，按設計圖要求進行，做到不缺層數(shù)、不搞錯方向、不漏加強部位，壓實刮平、避免架橋。

根據(jù)不同部位的強度要求，進行布層、鋪層，比如：

特別是頭、尾塞頭，要加強，如采用芳綸+碳纖+芳綸

三、汽車用復合材料

隨著汽車保有量的不斷增加，汽車消耗能源量總量也很大；運動中的物體重量與能耗量成正相關，減少重量一定會降低能量消耗（但并非線性）；輕質(zhì)高強復合材料顯示出降低自重的一定作用。

1、汽車（小汽、中巴、大客、貨車各類）采用復合材料制造部件，如內(nèi)儀表板、防滑地板、導風罩、隔音板、坐椅面板、車門把手、大燈反光鏡、發(fā)機罩殼、保險杠、大客車前后圍結(jié)構(gòu)中的外蒙皮、擋泥板，懸架零件前后保險杠、車身及車身部件車身殼體、硬殼車頂、地板、車門、行李艙蓋板、遮陽罩、SMC翼子板、發(fā)動機罩、大燈反光鏡、發(fā)動機蓋下部件如空調(diào)器外殼、導風罩、進氣管蓋、風扇導片圈、加熱器蓋板、水箱部件、制動系統(tǒng)部件、以及電瓶托架，發(fā)動機隔音板等。有阻燃、耐高溫等特別要求的，則選用具有相應性能的增強材料、合成樹脂與助劑。

2、有的企業(yè)嘗試開展碳纖維增強復材汽車上的應用，如：引擎蓋（12K）、后備廂蓋（3、12K）、方向盤（3K）、后視鏡（3、6K）裝飾條（3K）、拍檔頭（3K）、車門裝飾條（3K）、車門庭若（6K、12K）、擾流板（3、6K）、汽車輪圈（12K）、座椅（3、6K）、車門扶手（3K）、傳動軸（12K）、冷卻系配置（12K）等等，因為熱固性樹脂的難以降價，轉(zhuǎn)向了熱塑性材料，如乙烯基酯樹脂有著良好的耐熱、動態(tài)疲勞等特性，高強度片狀模塑料（HSMC）在汽車上有良好的前景；碳纖比玻纖輕，減重明顯，在克萊斯勒的VIPER汽車上采用了碳纖復材，節(jié)約了汽油，國內(nèi)也有企業(yè)在嘗試。
3、當學生參加考試，記住最牢的是所做錯題目，工作也同樣，盡管二十年過去了，汽車燈玻璃鋼反射罩記憶猶新；當時受一家汽車燈具制造商的邀請，前去共同商討，廠家為了提高汽車燈照射亮度，往往采用大功率燈泡，特別是遠光燈，功率一大常常引起發(fā)熱量高，燈反射罩（拋物曲面）采用熱塑性材料的耐溫性顯得不夠，得采用玻璃鋼BMC模壓料來做燈罩（拋物曲面），提高汽車燈反射罩的耐溫性，這時完全可以理解的，問題關鍵是該廠在現(xiàn)有條件下，想著力來提高產(chǎn)能，將起流平作用的烘干型油漆材料比擬改為光固化UV漆；眾所周知， UV漆的固化速度相當快，（靜電除塵+噴UN漆+光照固化僅僅幾分鐘時間，而采用噴普通漆+固化至少在40分鐘），汽車燈反射罩（拋物曲面）的基本流程：

烘料----模壓 ----去飛邊----清洗----噴底漆----流平---固化---真空鍍膜（鋁膜）---噴面漆；粗略想想，其中僅限于底漆改為UV漆，熱固化采用光固化，是樁不難的事情，事非經(jīng)過不知難，別看出這小小的事，費了好大的周折，介于丹陽、長沙、臺州、上海等地幾次來回試驗，最終還是擱淺，問題的關鍵在于，BMC玻璃鋼表面是硬的、UV漆特點（1）雙鍵多、化學反應快，是呈現(xiàn)脆性（剛性）的漆種，兩者在曲面上難于實施流平與完全附著良好漆膜，（2）光固化機理，UV是不能加顏料填料的，微細缺陷無法用色料蓋；試驗中或多或少存在著缺陷點，而且一經(jīng)真空鍍膜，則原有存在的缺陷進一步被放大，在涂裝時要關注所采用的工藝路線外，也要留心材料間的性能搭配。

同樣的車輛，采用復合材料的比例越高，節(jié)能越明顯。

四、真空袋壓成型工藝

航空行飛機上有部分復合材料零部件，采用熱壓罐與真空袋壓成型工藝，它借助彈性袋接受真空流體壓力，使增強塑料均勻受壓而成為制件的一種方法，也是減少復合材料制品內(nèi)空隙率手段。其中抽真空及保持真空度是比較關鍵的一個步驟，本人從事過一商務機多個復合材料零部件的真空袋壓成型工藝，并參與搞過一種快速抽真空接頭裝置的試驗工作。舉一商務機的發(fā)動機罩殼例子。

1、采用環(huán)氧玻璃纖維預浸料鋪層、真空袋壓固化成型工藝過程，簡述如下：調(diào)節(jié)鋪層車間施工環(huán)境（T/H）---模具準備（清潔、涂脫模劑、預烘）----裁剪預浸料---鋪層---封裝真空袋（襯入導氣氈等）---預壓實---熱固化---冷卻出爐---脫模、檢查、機械加工---檢測----表面涂裝---質(zhì)檢------成品。
⑴復合材料產(chǎn)品質(zhì)量控制環(huán)環(huán)緊扣，檢查修整模具（通常是金屬）上的毛刺以避免戳破真空袋漏氣；領料解凍，防止預浸料結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生；按圖紙要求鋪X層、0°/±45°/90°，接縫錯開25mm，壓實、在棱、角、邊無架橋現(xiàn)象， 

2、為了防止在抽真空熱固化時真空袋子漏氣，首先得要保證在沒入固化爐前真空袋子不能漏氣；通過 抽真空校驗：

（1）要求在鋪完預浸料、覆蓋好環(huán)氧表面膜后，借助于聚四氟乙烯等刮板刮平，沿模具棱、角壓實環(huán)氧表面膜；

（2）接著圍繞模具近底邊緣線打3M盤膠，要保持盤膠原膠寬度，切忌為節(jié)約而拉細，因為拉細之后，寬度不足、粘接強度下降；

（3）在復蓋無孔隔離膜后必須封真空袋，壓實棱、角，特別是不要忘記要用刮板刮模具外沿底邊線，避免架橋，同時要注意到模具邊角處是否有毛刺、銳角，若有及時墊付上透氣氈，以防止抽真空時真空袋被毛刺、銳角破損；

（4）加透氣氈、裝真空嘴、內(nèi)外橡皮墊后開始抽真空，查氣密性，抽真空達到-0.08Mpa后, 要求持續(xù)時間，大于15分鐘，在抽真空過程中時常檢查真空袋氣密性；

（5）在拆卸真空嘴后能繼續(xù)保持真空。

3、復合材料的層間粘接強度就決定了最終的整體強度，層間粘接是關重要；在這種情況下，一定要細心壓實，避免空心鼓包；將已完成鋪層的模具集中放在加熱固化板上（注意，固化屬于放熱反應，同一批次的零部件固化時，厚度盡量一致）；將熱電偶置于鋪層中間區(qū)域及最厚的位置；先在鋪層室抽真空，抽真空達到-0.08Mpa, 要求持續(xù)時間，大于15分鐘，檢查真空袋氣密性，并當天進固化爐固化成型；整個固化期間（真空袋內(nèi)始終要保持抽真空），按樹脂的固化曲線要求進行。
4、固化曲線
固化溫度-時間曲線


特別要注意升溫初期巡查，看真空度保持的狀況如何？至少10分鐘觀察一次，此時當出現(xiàn)問題可及時緊急處理（一旦樹脂凝膠就無法了）。待爐溫降至50°C以下之后才能脫模（對于大面積的制品采用輔助氣脫；再機加工，測量尺寸并進行稱重；

5、附過程照：

鋪層 

邊抽真空邊升溫固化

經(jīng)脫模、修改、涂裝如下：

右邊已噴底漆+左邊沒噴底漆

五、軌道車輛中的應用

除了軌道車輛上的零配件如：窗框、衛(wèi)生間組件、座椅、茶幾臺面、SMC車廂壁板與SMC頂板、乘客座位，還有用制成的手糊法地鐵中異形車頭玻璃鋼罩殼。軌道車輛行業(yè)還有許多產(chǎn)品同樣可采用復合材料來制造，如：復合軌枕、疏散平臺、絕緣底座、電纜支架、盲道板、信號燈殼、絕緣子等。舉例地鐵車輛異形車頭玻璃鋼罩殼。

由于地鐵車輛運行于地下潮濕環(huán)境，普通金屬是容易被銹蝕，往往用鋁合金、不銹鋼材料，對于異形件則用復合材料，它輕質(zhì)高強并兼具防腐功能，地鐵車輛車頭個性化，異形車頭罩殼則采用玻璃鋼手糊成型，通常是用不飽和聚酯樹脂作為基體，玻璃纖維作為增強材料，方便裝配有預埋件。

五、合理設計

復合材料可貴之處在于可設計性（性能與形狀），從長期的實踐中，深知夾層結(jié)構(gòu)的減重效果是最為明顯的。復合材料夾層結(jié)構(gòu)是指由蒙皮（高強度面板）與輕質(zhì)芯材（低密度夾芯）組成的一種結(jié)構(gòu)材料。

1、夾層結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、比剛度大、比彎曲剛度、吸音和隔熱等優(yōu)點，按需設計或選用，在窗板、車門、內(nèi)頂板、間壁、整體衛(wèi)生間、行李架、弧形板等均可應用。

如：

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在飛行器中用于次承力件,如機翼、尾翼、雷達罩等部位。

2、上下面板受拉壓力及平面彎矩，夾芯承受剪切力，示意圖：

它的力學性能與所采用的面板強度、夾芯種類（蜂窩、泡沫、桁架等夾芯）有關，也可簡化看成為工字梁，通過采用高模量材料、增大截面積尺寸兩方面提高其剛度；夾芯復合材料可通過材料力學、復合材料力學及有限元分析等（強度、剛度和重量）理論來指導輕量化的設計。

六、復合材料部件涂裝

與金屬不同，生產(chǎn)復合材料部件過程，在模具上成型，主要一環(huán)節(jié)是樹脂的固化，表面存在瑕疵，例如：針眼、氣孔、裂紋、氣泡等，對它的涂裝要掌握其秉性。

預烘干，有的復合材料/玻璃鋼零件面上的噴漆，首先必須對脫模制品件進行預烘干、預烘可釋放暴露出表面或本體所存在的缺陷，便于后繼涂裝中的彌補，這是大有益處的，當時曾經(jīng)碰到一個酚醛樹脂預浸料制飛機部件（此零件用于受到熱區(qū)域）涂裝，。

發(fā)現(xiàn)用酚醛樹脂預浸料所制成部件涂裝缺陷多，進一步分析由于酚醛樹脂會進一步釋放出小分子，為此增加了部件預烘后再噴漆來克服涂裝缺陷。

對于復合材料產(chǎn)品上所用漆種是有要求的，本人曾經(jīng)遇到過一次，在客車后圍（玻璃鋼）上發(fā)現(xiàn)一定面積的漆剝落，后經(jīng)過反復查驗，此漆并不適用于玻璃鋼材料上涂裝，通過實驗驗證是最有效的。

打磨，玻璃鋼表面硬度比較高、又光滑，時有脫模劑的存在，在噴漆前必須認真打磨，來提高漆膜附著力。

減少色差，車輛旅客座位，有的采用SMC片狀模塑料材料壓制成型，在樹脂糊內(nèi)已摻入了顏料色漿，整體色一致性，但在運輸裝配過程中，難免會局部磕碰而傷，有礙外觀，若時想通過補點色漆，但往往會存在色差，需要與產(chǎn)品廠商配合，定制來盡可能地減少色差。

七、其他

1、難題，由于熱固性樹脂的固有特點，三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，難以自然降價，生產(chǎn)時廢料也不容易再加工回收利用，較難二次回收利用，盡管目前已有了些回收的方法和設備，但回收成本仍舊比較高，對分散的小廠而言，恐怕采用比例的不是很高，幾次參加展覽/專業(yè)會，注意到這方面內(nèi)容，辦玻璃鋼工業(yè)園區(qū)，集約化生產(chǎn)，集中處理廢料成本會低些，就要好得多，在一部分裝飾件中或提倡在滿足基本需求之下，盡可能采用增強熱塑性復合材料是有道理的，可減少廢棄物，順應綠色環(huán)保要求。

2、關注其他纖維，碳纖、紡綸纖維增強的復合材料，碳纖維布的彈性模量 為玻璃纖維布的4~6倍，160Gpa；（e-glass：72000、s-glass：80000）凱夫拉纖維：132000碳纖維：400000-500000單位是mN/m²

3、嫁接其他新工藝組合，如裝飾上采用水轉(zhuǎn)印技術，極大地豐富了玻璃鋼產(chǎn)品的表面裝飾性，而且成本相當?shù)汀?/p>

4、老化現(xiàn)象是高分子的共同缺陷，在陽光、雨水、化學介質(zhì)、機械應力等作用下容易導致性能下降，盡管復合材料防腐，但不可忽視它有纖維增強材料，經(jīng)加工之后纖維外露處須及時用樹脂封閉（或漆），室外用耐候好的樹脂（包括油漆）防風化，特別要關注受力桿件。

5、也是關注其他纖維，尤其是在制作較大零部件時，針對容易產(chǎn)生的應力集中處，設計時局部采取加強筋、用高模量玻纖維、碳纖、紡綸材料來彌補；玄武巖纖維在減輕重量方面不及別的纖維，但它含有CaO-Na₂O-Al₂O₃-SiO₂,耐高溫，適用于汽車消音器、船隔熱、保溫部位。
6、由于復合材料是各向異性材料，層間剪切強度低，當使用中需要承受有高層間剪切受力時，在設計時須認真校核，或在制造過程中能否加入三維編織物增強加以增強？這一點十分重要。 

小結(jié)

復合材料是種集輕質(zhì)高強、耐腐蝕及可設計性于一身的材料，所以在立體式運輸工具上已很常見。社會進步不斷、人們活動區(qū)域擴大，便捷交通不必可少，將來世界上有沒有海陸空全能交通工具?氣墊船、全能飛行船，可以推測輕質(zhì)高強材料用途越來越廣，這里也一定少不了高分子復合材料的貢獻。