近年來，汽車輕量化技術(shù)已經(jīng)被廣大汽車企業(yè)所高度認(rèn)同和重視，骨干汽車企業(yè)都在加大投入，在確保和提升車輛安全性的基礎(chǔ)上不斷提高產(chǎn)品的輕量化技術(shù)水平，汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟各項(xiàng)工作也取得了較好的進(jìn)展，已經(jīng)被國家科技部列為首批試點(diǎn)聯(lián)盟之一。
由于纖維強(qiáng)化樹脂的強(qiáng)度比高強(qiáng)度鋼還高，而密度僅為1.5g/cm3~2.0g/cm3，比鋁合金還要低。利用纖維強(qiáng)化樹脂制造壓氣機(jī)葉輪，可達(dá)到減輕渦輪增壓器質(zhì)量的目的。
1 碳纖維強(qiáng)化樹脂PKU的特性
新開發(fā)的聚合物材料是以聚醚酮系樹脂PKU為基礎(chǔ)的30%質(zhì)量的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，用于制造壓氣機(jī)葉輪，以代替以往使用的鋁合金材料。表中所列為兩者特性的比較。碳纖維強(qiáng)化樹脂PKU具有良好的耐蠕變性、耐腐蝕性、耐磨損性和熱伸縮性�。�-65℃~105℃之間無伸縮）等特點(diǎn)。與其它碳纖維復(fù)合材料相比，PKU/CF30的玻璃轉(zhuǎn)移溫度較高（比聚醚酮系樹脂約高30℃），適合于壓氣機(jī)葉輪的使用環(huán)境。
葉輪材料的特性
2 碳纖維強(qiáng)化樹脂的定向控制技術(shù)
為了提高樹脂制葉輪的耐久性和可靠性，增加最大應(yīng)力發(fā)生部位的強(qiáng)度和使用壽命，控制復(fù)雜形狀碳纖維的方向性非常重要。通過三維有限元法對(duì)壓氣機(jī)葉輪的離心應(yīng)力進(jìn)行分析，結(jié)果表明，最大應(yīng)力發(fā)生在軸孔部位。因此，如圖1所示那樣，在射出成形金屬模的下型設(shè)置深度為L的可調(diào)整材料積存坑（余料坑），使碳纖維的方向最佳化。圖2所示為從樹脂制葉輪上切取試樣進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)的壽命的比較。試樣是從圖2所示的部位，從垂直于軸的方向切取的。由圖可知，采用材料積存坑的試樣可大幅度提高碳纖維強(qiáng)化樹脂的蠕變壽命。