长纤维复合材料在汽车座椅上的应用

于飞

（辽源职业技术学院，吉林 辽源 136200）

长纤维复合材料在汽车座椅上的应用

于飞

（辽源职业技术学院，吉林 辽源 136200）

近年来，汽车工业飞速发展，人们对汽车座椅的要求也越来越高，现在汽车座椅的安全性、多功能、轻量化、环保舒适等成为主要发展方向。长纤维复合材料具有强度高、密度低、容易成型、生产周期短等特点，符合汽车座椅的发展趋势，逐渐成为汽车座椅首选材料。本文对长纤维复合材料在汽车座椅上的应用进行综述。

汽车座椅；长纤维复合材料；应用

1 汽车座椅概述

汽车座椅的主要组成部分有：座椅骨架、座椅泡沫、座椅枕头和座椅面套。除此之外，根据市场的不同需求，座椅还带有其他部件，如腰托、按摩、扶手等舒适性部件；有些座椅具有储物功能，带有抽屉、杯托等。汽车座椅是承载力量的构件，在发生交通事故时起到保护乘客的重要作用。因此，将座椅设计得轻巧、安全舒适，具有很大的意义。

但是，传统的座椅以金属为主要材料，而金属较重，仅仅靠优化设计和结构来改善座椅的轻量化的发展空间有限。长纤维增强复合材料的力学性优异，轻量化效果显著，逐渐被应用于汽车领域中，不仅应用于简单非结构件，还使用到复杂形状的功能构件中，如座椅骨架和前端模块。

2 长纤维复合材料在汽车中的应用现状

随着工业经济的发展，长纤维增强热塑性材料也随之飞快发展，已成为增强塑料行业中增长最快的产业之一。长纤维增强热塑性材料在欧美发达国家得到大力发展，例如法国的圣戈班公司、美国的LNP公司、Ticona公司、日本帝人公司等国际知名材料企业都研究出了自己的长纤维增强热塑性材料产品［1］。根据资料统计，在欧美国家，长纤维复合材料在汽车领域的运用的比例大概占总用量的33%，而且还会继续增长［2］。目前，长纤维复合材料主要用于汽车的结构件、内饰件和功能件上。将金属材料换成长纤维复合材料，不仅可以使重量减轻，还能使生产模块化，使生产工艺简化。2011年，德国BMW汽车公司的某型号汽车的驾驶员座驾用PP-LGF50材料生产，使用寿命得到了提高，质量减轻了62%［3］。福特公司也是一个复合材料应用领域的领导者，其生产的新车，车身隔热板用纤维增强的片状塑料作为材料。美国通用汽车公司是世界上最大的汽车制造商之一，已将玻璃纤维复合材料应用于轻便货车和运动车的货箱板上。

3 长纤维复合材料的特点

3.1 长纤维复合材料可以直接加工

长纤维复合材料在加工过程中不需要化学反应，只需要按照预定的方向，将增强纤维挤出，并排布在基体上，形成铺层结构，并将其压制在高速液压机上，就可以了。这样的加工方法不仅不用购买半成品，还能降低制造成本，而且纤维长度得到足够保证，构件的力学性能更加优良［4］。长纤维复合材料的成型工艺简单，可以减少零部件的数目，从而可减少很多设计计算工作量，还促进设计计算的准确。此外，把纤维和基体粘结在一起，用模具成型，再加温固化，就可以制作出长纤维复合材料部件，在制作过程中基体由流体变为固体，材料不易生成小裂纹。

3.2 可设计性强度

高比强度和高比刚度是长纤维复合材料的显著特点，其性能的变化范围很宽，不同纤维含量、纤维材料和铺陈方向，设计出的产品具有不同强度指标、弹性模量和阻燃性能。长纤维复合材料在某种铺层形式下，在一方向拉伸材料时，材料在垂直于拉伸方向上也得到伸长，这性能完全不同于常用材料。长纤维复合材料可以在性能保持不变的情况下，灵活出设计各种形状。

3.3 安全性及疲劳性高

长纤维复合材料中存在很多基体，如果用这种材料制成的构件发生超载现象，它不会立刻失效，而是先有少量纤维断裂，这时负载会快速重新分配、传递到没有被破坏的纤维上，因此整个构件不会在很短的时间内被重物击垮。除了安全性好之外，长纤维复合材料还具有良好的抗疲劳性，它的疲劳断裂不会突然爆发，而是从基体开始，慢慢扩展到基体界面和纤维上。因此长纤维复合材料有破坏预兆，可以提前发现，并采取补救措施。

3.4 耐高温

通常情况下，长纤维复合材料都可以耐高温，普通的铝合金在400 ℃时，其弹性模量的下降幅度大，而在相同温度下，用长纤维增强后的铝合金，强度和弹性模量保持不变。由于长纤维复合材料的热导率小，所以它具有较好的耐高温性能。要是将其应用于汽车座椅中，可以减少汽车座椅在高温下的损害度。

3.5 减振性能良好

长纤维复合材料和基体界面有较大的阻尼，减振性能较好，同样大小、形状的金属和长纤维复合物材料在系统条件下进行振动试验，后者的衰减时间短很多。

4 结语与展望

随着社会的发展，人们的生活水平越来越高，汽车已成为生活的必需品之一。而车辆越多，发生安全事故的几率就越高。座椅是乘用车上的承载力构件，在发生交通事故时对乘客的安全保护具有重要的作用，因此汽车座椅正朝着轻量化、舒适安全等方向发展。长纤维材料具有良好的性能，不仅能提高汽车座椅的质量，还能减轻质量，减少成本，提高安全性。可以预见，随着汽车工业的迅猛发展和长纤维复合材料技术水平的提高，长纤维复合材料在汽车座椅中的应用前景必将越来越广阔。

［1］ 姜润喜. 长纤维增强热塑性复合材料的开发与应用［J］. 合成技术及应用，2007，22（1）：24～28.

［2］ 冯奇，何健. 复合材料在汽车中应用的发展趋势. 工艺材料，2013.

［3］ 魏莉霞，马鸣图，杨洁. 长纤维增强热塑性复合材料在汽车轻量化上的应用. 材料应用，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

于飞（1986-），男，助教，机械制造及其自动化专业硕士。

2015-10-19