CFRP використовується для легкого та економічного аналізу пасажирських транспортних засобів нового покоління

Вуглецеве волокно, як правило, поєднується з епоксидною смолою для формування композитного матеріалу. Цей композитний матеріал успадковує ряд переваг, таких як вища питома міцність, питомий модуль, втомна міцність та ударна стійкість самого вуглецевого волокна. У той же час вона успадковує епоксидну смолу. Формування смоли є гнучким і універсальним, і його застосування дуже цілеспрямовано. У порівнянні з структурними елементами алюмінієвого сплаву ефект зниження ваги композитних матеріалів із вуглецевого волокна може сягнути від 20% до 40%. У порівнянні зі сталевими металевими компонентами ефект зниження ваги композиційних матеріалів із вуглецевого волокна може навіть сягати від 60% до 80%. Використання композитних матеріалів з вуглецевого волокна Це не тільки знижує загальну якість транспортного засобу, але також впливає і змінює процес виробництва автомобілів до певної міри.

1 Тип процесу

Полімери з поглинанням вуглецевим волокном (CFRP) відносяться до складу вуглецевих волокон як армування та термопластичного або термореактивного смолового матеріалу. Технологія виготовлення композиційних матеріалів CFRP переважно включає процеси формування препрегів і рідини. Порівняння та аналіз типів технологій полімерних матричних композитів з армованим вуглецевим волокном показані в таблиці 1.

2 Автомобільна асамблея та технологія зборки

Комбінована збірка композитних автомобільних деталей та зв'язок між композитними деталями та металевими деталями є неминучим завданням. Композитний матеріал анізотропний, з низькою проміжною міцністю та низькою пластичністю, що робить проектування та аналіз з'єднань композиційних матеріалів набагато складнішим, ніж метали. Зв'язок між традиційними металевими деталями в автомобільній промисловості не підходить для композитних матеріалів. Тому підключення має вирішальне значення для розуміння та вдосконалення способу підключення та фіксації автомобільних композиційних матеріалів та прийняття обґрунтованих рішень.

Завдяки безперервності волокна, розбитого на отворах, викликаються локальні концентрації стресу. З'єднання композиційних матеріалів, як правило, є найслабшим ланкою у всій структурі. Тому критично важливо забезпечити міцність суглобів при конструктивному дизайні композиційних матеріалів. Композитні матеріали поділяються на три основні категорії, а саме: клеєні з'єднання, механічні з'єднання та гібридні зв'язки між ними. Для термопластичних композитів є методи зварювання. Технологічний дизайн композитного матеріалу повинен визначатися відповідно до конкретних умов використання та вимог до конструкції компонентів.

2.1 склеєне з'єднання

У порівнянні з механічним з'єднанням, основними перевагами технології склеювання є концентрація напруги, викликана відсутністю отворів, зниженням структурної якості, стійкістю до зносу, хорошими вібраціями та ізоляційними властивостями, гладким виглядом, простим способом склеювання та відсутністю електрохімічних проблем з корозією. Проте існують певні недоліки технології склеювання, такі як складний контроль якості зчеплення, відносно велика диспергованість міцності з'єднання, відсутність надійних методів перевірки та суворі вимоги до обробки поверхні та склеювання поверхонь для склеювання. Для вуглецевого волокна композитного тіла, скріплення є основним з'єднанням.

2.2 Механічне з'єднання

Механічне з'єднання, як правило, використовується заклепками і болтами, є найбільш часто використовуваним з'єднанням. Головною перевагою механічного з'єднання є висока надійність з'єднання, яку можна багаторазово демонтажувати та збирати під час обслуговування або заміни, не вимагає поверхневої обробки та має порівняно невеликий вплив на навколишнє середовище. Основним недоліком механічних з'єднань є збільшення маси, концентрація напружень та електрохімічна корозія металів і композитів. Порівняння з'єднань заклепок і з'єднання болтів показано на рисунку 1.

2.3. Гібридне з'єднання

З метою підвищення безпеки та цілісності з'єднання в деяких важливих сайтах з'єднання зазвичай застосовується спосіб гібридного з'єднання та механічного з'єднання одночасно, і переваги двох способів з'єднання повністю використовуються для забезпечення того, щоб сайт з'єднання має достатню міцність і високу надійність.

2.4 Зварювання

Технологія зварювання в основному застосовується до термопластичних композитних деталей. Основний принцип полягає в тому, щоб нагріти смолу на поверхню розплавленого термопластичного композиту, а потім накрутити прес, щоб зробити його інтегрованим. Зварювання в основному включає в себе ультразвукове зварювання, електричне індукційне зварювання та зварювання опором Перевагою зварювання є хороший зв'язок і короткий цикл, відсутність обробки поверхні, висока міцність з'єднання, низький тиск тощо; недоліки важко розібрати і потрібно додати провідні матеріали або металеві дроти. Крім того, під час формування композитного структурного елемента металевий з'єднувач може бути вбудований у заготовку волокна, а композитний матеріал та металевий вбудований елемент інтегровані після формування, а композитні деталі можуть бути з'єднані через металевий вбудований елемент щоб уникнути обробки пошкоджених композитів.

3 Прикладні переваги для автомобілебудування

Для вибору автомобільних матеріалів, таких як механічні властивості, легка вага, стабільність матеріалів, здатність до матеріалу та технологічність, слід враховувати ряд факторів. Кожен з цих факторів матиме незначний вплив на дизайн, виробництво, продаж та використання автомобілів. Останніми роками поліетиленова кислота з вуглецевого волокна (CFRP) стала новим автомобільним матеріалом, що привертає увагу завдяки своїм унікальним характеристикам продуктивності. Порівняно з іншими автомобільними матеріалами, поліетиленові матричні композити з поліетилену з вуглецевого волокна мають такі переваги.

3.1 Відмінні механічні властивості

Щільність матричних композитів зі зміцненням з вуглецевого волокна для автомобілів становить від 1,5 до 2 г / см3, що становить від 1/4 до 1/5 загальної вуглецевої сталі і становить приблизно на 1/3 легше, ніж алюмінієвий сплав, але вуглець волокнистий композитний матеріал. Комплексні механічні властивості, очевидно, кращі, ніж металеві матеріали, і його міцність на розрив в 3-4 рази перевищує сталь. Втома міцність сталі та алюмінію складає від 30% до 50% міцності на розрив, а CFRP може досягати від 70% до 80%. У той же час, CFRP також має кращі характеристики вібрації, ніж легкі метали, такі як легкий сплав вимагає 9 секунд, щоб зупинити вібрацію. Композиційний матеріал 2S вуглецевого волокна може бути зупинений і має вищу питому міцність і питомий модуль.

3.2 Дизайн

Конструкція композитного матеріалу з вуглецевого волокна є сильною, і матричний матеріал можна обгрунтовано вибрати відповідно до вимог продуктивності, розташування волокон може бути спроектований, а структура композитного матеріалу та конструкція продукту можуть бути виконані гнучко. Наприклад, шляхом розташування вуглецевих волокон у напрямку сили, анізотропія міцності композитного матеріалу може бути повністю використана, тим самим досягти мети збереження матеріалу та зниження якості. Для виробів, що потребують корозійної стійкості, під час проектування може бути використаний основний матеріал з високою стійкістю до корозії.

3.3 може забезпечити комплексне виробництво

Модуляризація та інтеграція також є тенденціями у автомобільній структурі. Коли композитний матеріал утворюється, легко утворити вигнутий поверхню різної форми для досягнення інтегрованого виробництва автомобільних деталей та компонентів. Інтегроване формування дозволяє не тільки зменшити кількість деталей і форм, зменшити кількість компонентів та інших процесів, але також значно скоротити виробничий цикл. Наприклад, якщо передній кінець модуля автомобіля виконаний з композитного матеріалу з вуглецевого волокна, він може бути інтегрований та інтегрований, щоб уникнути локальної концентрації напруги, викликаної подальшим зварюванням та подальшою обробкою металевих деталей, одночасно зменшуючи точність виробу та підвищення продуктивності одночасно зменшуючи автозапчастини. Якість, зменшення виробничих витрат.

3.4. Енергетична абсорбція та опір удару

Композити з матрицею смоли з ущільненням з вуглецевого волокна (CFRP) мають певний ступінь в'язко-еластичності, і між вуглецевим волокном та матрицею спостерігається незначний локальний відносний рух, що може спричинити міжфазне тертя. Під синергетичним ефектом в'язкопружності та межфазного тертя деталі CFRP мають кращу абсорбцію енергії та ударну стійкість. З іншого боку, спеціально поглинається композит з вуглецевого волокна збивається на дрібні фрагменти у високошвидкісних зіткненнях, поглинає велику кількість ударної енергії, а її енерговикористання в 4-5 разів вище, ніж у металевих матеріалів, що може ефективно поліпшити транспортні засоби. Безпека, захист безпеки членів.

3.5 Хороша корозійна стійкість

Полімерно-матричні композити, посилені вуглецевим волокном, в основному складаються з вуглецевого волокна з бур'янами і смоляними матеріалами, а також володіють чудовими властивостями для дії на кислоту та луги Автозапчастини, зроблені з них, не потребують поверхневої антисептичної обробки, а їх стійкість до атмосфери та стійкість до старіння хороші. Їх термін служби хороший. В 2-3 рази більше, ніж у сталі.

3.6 висока температура продуктивності

Продуктивність вуглецевого волокна при температурах нижче 400 ° С залишається дуже стабільною, і значних змін при температурі 1000 ° С не відбувається.

3.7 Гарна стійкість до зносу

Армовані матеріали з вуглецевого волокна мають гальмівний вплив на розповсюдження втомлюваної тріщини через волокно, і його стійкість до стомлення може становити від 70% до 80%. Структура вуглецевого волокна стабільна. Після втомного життя композитного матеріалу виникає мільйони циклів, коефіцієнт витримування міцності. Ще 60%, а сталь та алюміній складають 40% та 30% відповідно, а склопластики - лише від 20% до 25%. Таким чином, усталену стійкість композитів з вуглецевого волокна підходить для широкого кола застосувань у автомобільній промисловості.

4 Економічний аналіз пасажирських транспортних засобів нової енергії

Через використання вуглецевого волокна організм може бути зменшений більш ніж на 50%. Враховуючи втрату ваги 100 кг на звичайному автомобілі класу A, як приклад, важливість легкої ваги автомобіля є дуже очевидною. Це можна пояснити наступними аспектами: 1 Для однієї станції Для легкового автомобіля потужністю 300 км та завантажувальної потужності 45 кВт · год, той же діапазон руху може бути зменшений на 3,6 кВт · год, як розраховує фахівець галузі, "100 кг на 100 кг, плюс 8% -ве збільшення в рульовому діапазоні". Економія акумулятора становить близько 0,6 млн. Юанів; 2 Середній життєвий цикл руху 400 000 кілометрів та вартість електричної енергії розраховуються відповідно до 0,9 юанів / кВт · год. Вартість електроенергії всього автомобіля може заощадити 400000/100 × 1.2 × 0.9 = 0.43 мільйони. 100 км економить енергію потужністю 1,2кВт · год.) 3 Внаслідок застосування матеріалів з вуглецевого волокна, з урахуванням масштабу виробництва 50 000 автомобілів на прикладі, збережені інвестиції в процес та інвестиції в обладнання перетворюються на економічний еквівалент електромобілів, і кожен транспортний засіб Амортизація економила близько 2000 юанів; 4, оскільки процес упорядкований, витрати на персонал принаймні заощаджують 1000 юанів на Тайвані.

Вищевказані елементи підсумовують до середньої економії 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 млн. Юанів за автомобіль, однак ці витрати недостатні, щоб компенсувати збільшення собівартості самого матеріалу через впровадження вуглецевого волокна. Видно, що існують ще серйозні проблеми при застосуванні вуглецевих волокон. Якщо ви хочете рекламувати легке тіло, можна починати лише від зменшення вхідного процесу та обладнання. Вищевказані елементи підсумовують до середньої економії 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 млн. Юанів за автомобіль, однак ці витрати недостатні, щоб компенсувати збільшення собівартості самого матеріалу через впровадження вуглецевого волокна. Видно, що існують ще серйозні проблеми при застосуванні вуглецевих волокон.

Якщо ви хочете рекламувати легке тіло, можна починати лише від зменшення вхідного процесу та обладнання.

Якщо автомобіль досягає масового виробництва вуглецевих волокон, витрати на самі матеріали з вуглецевого волокна також будуть значно зменшені, весь промисловий ефект буде досить великим, а економічні вигоди також стануть більш очевидними. Це тільки з точки зору аналізу вуглецевого волокна, якщо врахувати коефіцієнт зменшення ваги автомобіля з алюмінієвого сплаву 50 кг, то з тієї ж причини позитивний стек, економічний ефект є самоочевидним.

5 тенденцій розвитку автомобільного кузова

З урахуванням характеристик композитних армованих з вуглецевого волокна, цей тип матеріалу все більше віддають перевагу автомобільним виробникам. За оцінками, у автомобільному секторі використання вуглецевого волокна зростає в середньому за рік на 34% і досягне 23 000 тонн до 2020 року. На рисунку 2 показана дорожня карта для розробки композитних матеріалів для каркасу з вуглецевого волокна.

В даний час композитні матеріали з армованими волокнами вуглецевого волокна в основному застосовуються до кузовних панелей, кузовів і конструктивних компонентів. Наприклад, BMW використала велику кількість композитних матеріалів з вуглецевого волокна при розробці різних моделей для виготовлення корпусних конструкцій корпусу. Це стало важливим моментом для застосування композитів з вуглецевого волокна у виробництві автомобілів. У той же час BMW продовжує співпрацювати з SGL у Німеччині, інвестувавши 100 мільйонів євро в дослідження та розробку недорогих вуглецевих волокон, а також збільшити виробництво вуглецевого волокна з 3000 тонн на рік до 9000 тонн, щоб відповідати зростаючому BMW i -серії електромобілів та інші. Попит на моделі.

6 Висновок

Таким чином, матричні композити з поліетилену з вуглецевого волокна (CFRP) стали важливим напрямком розвитку нових автомобільних матеріалів у майбутньому з його унікальними перевагами. Проте, щоб сприяти використанню цього матеріалу в автомобільній галузі, необхідно розпочати спільні дослідження та розробки виробництва, навчання та досліджень з наступних аспектів: (1) подальший пошук дешевих попередників карбонового волокна; (2) Розробити нові процеси виробництва вуглецевого волокна, такі як стабілізація матеріалів прекурсорів. Технологія; 3 Оптимізувати параметри процесу виробництва вуглецевого волокна або використовувати нано-вуглецеве волокно для подальшого підвищення ефективності композитних матеріалів CFRP; 4 Розробити швидкі та ефективні технології формування і виготовлення деталей з CFRP, такі як технологія швидкого затвердіння лиття та технологія управління потоком композитного матеріалу; 5 Використовуйте технологію аналізу комп'ютерного моделювання (CAE), щоб вибрати різні композити з вуглецевого волокна та оптимізувати параметри процесу формування.