汽车复合材料的定义

汽车复合材料的定义、分类和基本特点

汽车复合材料具有“结构物”的本质，即它首先是结构，其次才是材料。因此，要充分发挥汽车复合材料的优势从而推进其在汽车中的广泛应用，必须首先对

汽车复合材料的定义、分类和基本特点有一个清晰的了解和认识。

尽管纤维增强树脂基复合材料（以下简称“复合材料”）的诞生至今已有76

年的发展历史，世界首辆复合材料车身的汽车Chevrolet Corvette诞生也有55

年的历史，在适应汽车工业发展的需求中汽车复合材料技术也不断得到了进步

和新的突破，从而在汽车中的应用越来越广泛。但是，一个不容忽视的问题是，汽车复合材料的推进工作在汽车制造业中相对于其他轻量化材料仍然进展缓

慢，起伏跌宕，这一问题在我国汽车制造业中尤为突出。究其深层次原因，其

中很重要的一点是，我国汽车行业的企业家、工程技术人员和用户，包括目前

汽车复合材料的部分从业人员对复合材料缺乏正确的认识。

针对复合材料行业特有的认识问题，我国著名的复合材料专家张汝光教授曾经多次撰文并在不同的会议场合上大声疾呼：要正确认识复合材料！对此，他曾列举了一个例子：1988年，美国国会技术评价局发表了一份供政府决策指导的300多页的研究报告，报告题为“可设计的先进材料（指复合材料）”。编者在“影响先进材料更广泛应用的原因”一节中指出，要实现先进材料的更广泛应用，不仅仅要解决好技术方面的问题，还要设法改变包括研究人员和用户等在内的人的观念问题，因为人们总是习惯于用更适合于常规材料的观念来考虑问题。这个例子很能说明问题，也值得大家反思。张教授指出，“习惯于用更适合于常规材料的观念来认识复合材料”是影响复合材料广泛应用的主要原因。众所周知，美国是世界上复合材料应用最广、用量最大以及技术最先进的国家，但他们仍然认为，还是不能正确地认识和看待复合材料，这是影响复合材料发展的重要原因。因此，对于复

合材料应用还很落后、急需迎头赶上的中国汽车工业而言，只有正确认识汽车复合材料，才能用好汽车复合材料，也才能更好、更快地发展汽车复合材料。从这个角度出发，本连载文章特地单列一篇，以对汽车复合材料的定义、分类和基本特点进行详细介绍，加深读者对汽车复合材料的认识。

汽车复合材料的定义

不少专家认为，当前人类已从合成材料时代进入到了复合材料时代，这种提法是有一定的科学依据的。因为想要合成一种新材料使之满足各种高性能要求的综合指标是非常困难的。即使研制出了某一种满意的材料，从实验室到规模化生产的投入之大和周期之长也令人望而生畏。但是，如果把现有的材料复合起来，则有可能达到事半功倍的效果。复合材料正是在这种技术研发的思路指导下蓬勃发展起来的，同时，也造就了其不同于常规材料的许多特点和性能。那么复合材料究竟是一种什么样的材料呢？它的正确定义应该是什么？我们应该如何正确理解和认识它呢？

根据国际标准化组织为复合材料下的定义，复合材料是由两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。我国国家标准GB/T

3961-1993对它的定义则是，由两个或两个以上独立的物理相，包括粘结材料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体材料即为复合材料。国际标准化组织和我国的国家标准尽管在文字组织上有所不同，但定义的基本内容是一致的。根据其定义，我们可以从以下几个方面来认识和理解复合材料。

1、复合材料具有广义的范畴，并没有规定它由哪些特定的材料组合而成，也没有对材料的物质成分进行限定，而只是定义两种材料以上的组合，是一个材料使用方法的概念。由此我们可以想象，复合材料应该是包罗万象的，可以被设计成各种各样的材料性能，这就为我们的创新和发展提供了无限的空间。

2、复合材料的组分和它们的相对含量是经人工选择和设计的，并且是经人工制造而成而并非天然形成的，这有助于我们区别具有某些复合材料形态特征的天然复合材料。

3、复合材料的组分虽然可以是多种多样的，但是必须具有相对的独立性，即复合后仍然保持其固有的物理和化学性质，这不同于我们所知的化合物或合金一类的材料。

4、复合材料的性能取决于各组分材料性能的协同，不是各组分材料之间性能的简单相加，而是有着重要的改进意义。因此，复合材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单组分材料性能所不及或不同的，它应该是一种可设计的材料。

5、复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料。其中组分材料被区分为增强相和基体相，增强相和基体相是根据它们组分的物理和化学性质以及在最终复合材料中的形态来区分的。增强相组分通常呈纤维(连续的或短切的)、薄片或颗粒状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要的承载体。由于其在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离并包围，因此又将其称为“分散相”。基体相组分是包围增强相并相对较软和韧性的贯连材料。在复合材料中，增强相和基体相之间存在着明显的结合面，称为“复合材料的界面”。由于复合材料的界面位于增强相和基体相之间，并使这两相彼此相连，而化学成分和力学性能与相邻两相又有明显的区别，能够起着传递载荷的作用，所以其对复合材料的性能、破坏行为及应用效能具有很大的影响。

以上定义和解读所规定的是广泛意义的复合材料，既包括了聚合物基（树脂）复合材料，又包括了金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、水泥基复合材料等。其中，聚合物基（树脂）复合材料的应用最广，品种最多，

产量最高，在复合材料中占据着重要的地位。在聚合物基（树脂）复合材料中，纤维增强聚合物基（树脂）复合材料又是应用最广、品种最多且产量最高的一种，其在聚合物基（树脂）复合材料中占据着重要的地位，因此人们习惯上将纤维增强聚合物基（树脂）复合材料简称为“复合材料”，而其他复合材料则被冠以全称。

在汽车工业中，目前主要使用的也是这种以纤维为增强相的树脂基复合材料。因此，本文所指的“汽车复合材料”正是“纤维增强树脂基复合材料”。由此我们得出了汽车复合材料的定义：能满足汽车工业需求和技术性能指标的纤维增强树脂基复合材料即为“汽车复合材料”。

汽车复合材料的分类

虽然已明确了“能满足汽车工业需求和技术性能指标的纤维增强树脂基复合材料”即为汽车复合材料，但按照不同的着眼点，仍有许多分类方法。例如，可以按照基体树脂的性质或种数来分，也可以按照增强相纤维的种类、形态或排列来分，还可以按照使用功能来进行分类，等等。

1、按基体树脂性能进行的分类

纤维增强热固性树脂基汽车复合材料，涉及：纤维增强不饱和聚酯树脂基复合材料、纤维增强环氧树脂基复合材料、纤维增强酚醛树脂基复合材料、纤维增强乙烯基酯树脂基复合材料和纤维增强聚氨酯基复合材料等等；纤维增强热塑性树脂基汽车复合材料，涉及：纤维增强聚丙烯基复合材料、纤维增强聚碳酸酯基复合材料、纤维增强聚酰亚胺基复合材料、纤维增强聚甲醛基复合材料和纤维增强聚氯乙烯基复合材料等等。

2、按树脂种数进行的分类

纤维增强单一树脂基汽车复合材料和纤维增强混杂树脂基汽车复合材料。