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材料疲劳是安全大敌 塑料汽车离你并不远

材料疲劳－汽车安全的大敌

汽车故障的原因有千百种,其中有一种是使用者根本无法控制的,这就是由材料疲前者为全手动操作劳引起的结构件失效。粗大结实的钢铁也会“疲劳”？确实如此。

什么是金属材料的疲劳？零件在受到超强作用力时可以发生变形或断裂，就像人体遭受袭击时可以发生骨折，但这不是疲劳破坏。疲劳失效是指材料在正常工作情况下，在长期反复作用的应力下所发生的性能变化。这些应力的大小并没有超出材料能够承受的范围，但是长期反复的作用就会引起材料的疲劳。材料的疲劳破坏并不是一开始就会被察觉的，它是一个缓慢的发展过程。例如一条发动机曲轴可以在投入运行时间不太长的时候就产生很小的疲劳裂纹，这些肉眼看不出来的裂纹会不断扩大，直到有一天曲轴忽然断裂。就像人由于长期工作积累的疲劳而一朝病倒。

人类付出昂贵的代价才获得了对材料疲劳的认识。二次大战后，英国的德-哈维兰飞机公司设计制造了彗星号民用喷气飞机，经过一年使用，1953年5月横切刀2日一架彗星号客机从印度加尔各答机场起飞后不久在半空中解体；1954年1月10日，另一架彗星号在地中海上空爆炸；不到3个月，又一架彗星号在罗马起飞后在空中爆炸。为了找到事故的原因，英国皇家航空研究院的工程师进行了大量的研究工作，终于确认罪魁祸首是座舱的疲劳裂纹。

现代的机械设计已经广泛采用“疲劳寿命”方法，设计阶段已经充分考虑了材料的疲劳问题。但是，正如人体的疲劳因人而异，机器的疲劳是因机而异的。同一种型号的汽车，发生疲劳破坏的情况可能相差很远。有的到了报废的年限，疲劳程度还不太严重；有的尚在寿命期限内，却目前发生了疲劳破坏。不同的使用方式也会导致机器不同的疲劳状态。例如同一品种的富康车，做出租车与做私家车用，几年下来其车辆的运行状态就会有重大差别。为了避免疲劳破坏，要严格按照各类保养和修理期限对汽车进行检查，以便及时发现潜在的危险。

塑料在汽车上的应用

塑料是一种高分子材料，近年来在汽车上的应用越来越多，巳由内外装饰件向车身复盖件和结构件方面发展。例如前照面、保险杠、发动机罩、行李箱盖、顶盖、翼子板、车门内护板和某些车身骨架构件等。甚至有些大汽车公司正在用复合材料做承载力最大的底盘车架，例如福特汽车公司将在2001年将复合材料底盘应用在一辆叫“探索者”的小皮卡样车上。

在过去30年间，汽车的塑料用量已从60年代初的10公斤左右上升到九十年代中的二百公斤，其增长速度之快，主要是由于塑料的特性与人们对汽车的期望要求很搭配，因此“一拍而合”。塑料在汽车上的应用有以下6大优点：

一、轻量化是汽车业追求的目标，塑料在此方面可以大显其威。一般塑料的比重在0.9－1.5之间，纤维增强复合材料比重也不会超过2.0，而金属材料的比重A3钢为7.6、黄铜为8.4、铝为2.7。因此应用塑料是减轻车体重量的有效途径。

二、塑料成型容易，可使形状复杂的部件加工简单化。例如仪表台用钢板加工，往往需要先加工成型各个零件，再分别用联接件装配或焊接而成，工序较多。而用塑料可以一次加工成型，加工时间短，精度有保证。

三、塑料制品的弹性变形特性世界上有多达90%的塑料制品历来没有被回收利用能吸收大量的碰撞能量，对烤漆房强烈撞击有较大的缓冲作用，对车辆和乘员起到保护作用。因此，现代汽车上都采用塑化仪表板和方向盘，以增强缓冲作用。前后保险杠、车身装饰条都采用塑料材料，以减轻外物体对车身的冲击力。另外，塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的能力，可以提高乘坐的舒适性。

四、通过不同组份搭配的复合材料有含硬质金属的颗粒复合材料，有以夹层板材和树脂胶合纤维为主的层板复合材料和以玻璃纤维、碳纤维为主的纤维复合材料，这些复合材料具有很高的机械强度，可以代替钢板制作车身复盖件或结构件，减轻汽车的重量。

五、塑料耐腐蚀性强，局部受损不会腐蚀，而钢材制件一旦漆面受损或者先期防腐做得不好就容易生锈腐蚀。塑料对酸、碱、盐等抗腐蚀能力大于钢板，如果用塑料做车身复盖件，十分适宜在污染较大的区域中使用。

六篮子模具、根据塑料的组织成份，可以通过添加不同的填料、增塑剂和硬化剂来制出所需性能的塑料，改变材料的机械强度及加工成型性能，以适应车上不同部扳手件的用途要求。例如保险杠要有相当的机械强度，而座垫和靠背就要采用柔软的聚胺脂泡沫塑料。更方便的是塑料颜色可以通过添加剂调色产生不同的颜色，可以省去喷漆。有些塑料件还可以电镀，例如ABS塑料具有很好的电镀性能，可用于制作装饰条、标牌、开关旋扭、车轮装饰罩等。

由于上述的优点，以塑料为主的汽车应当会产生。但是，塑料也有自身的弱点，阻碍了其应用的发展。一是改造成本问题，如果从传统的大规模机械加工方式转为大规模的模塑加工方式，投资不菲，成本高昂。另一个更关键的问题就是环境保护：材料能不能够回收？金属零件到一定时候就要回炉，而塑料制品能否回收再生，或在再生过程中又会不会污染环境？这些问题有待解决，但不管怎样说，凭着人类的智慧，塑料汽车离人们并不遥远。

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