Углеродное волокно обычно сочетается с эпоксидной смолой с образованием композитного материала. Этот композитный материал наследует ряд преимуществ, таких как удельная прочность, удельный модуль, усталостная прочность и поглощение энергии и ударопрочность самого углеродного волокна. В то же время он наследует эпоксидную смолу. Конструкция формул смолы является гибкой и разнообразной, и приложение ориентировано. По сравнению с конструкционными деталями из алюминиевого сплава эффект снижения массы композитов из углеродного волокна может достигать 20-40%. По сравнению со стальными металлическими деталями эффект уменьшения массы композитных материалов из углеродного волокна может достигать 60% до 80%. Использование композитных материалов из углеродного волокна Не только уменьшило качество всего транспортного средства, но и в некоторой степени повлияло и изменило процесс производства автомобилей.
1 Тип процесса
Углеродистые армированные полимеры (CFRP) относятся к материалу, полученному путем объединения углеродных волокон в качестве упрочняющей фазы с термопластичным или термореактивным смоляным материалом. Технология изготовления композитов CFRP в основном включает процессы препрега и жидкостной формовки. Сравнительный анализ типов процессов композитов полимерной матрицы с армированным углеродным волокном показан в таблице 1.
2 Технология сборки автомобильных деталей
Объединенная сборка между составными автомобильными деталями и соединение между составными частями и металлическими компонентами является неизбежной проблемой. Композитный материал является анизотропным, прослойка является относительно низкой, а пластичность мала, что делает конструкцию и анализ композитных соединений намного сложнее, чем металл. Связь между традиционными металлическими деталями автомобильной промышленности не применима к композитным материалам. Поэтому соединениям важно понять и улучшить способ соединения и обеспечения безопасности автомобильных композитов.
Локальная концентрация напряжений обусловлена непрерывностью сломанных волокон. Композитные соединения обычно являются самым слабым звеном в общей структуре, поэтому обеспечение прочности соединения является ключом к сложному структурному дизайну. Композиционные материалы в основном разделены на три категории: склеенные соединения, механические соединения и гибридные соединения двух. Для термопластичных композитов существуют также методы сварки. Конструкция композитных совместных конструкций должна определяться на основе конкретного использования компонентов и требований к конструкции.
2.1 клеевое соединение
По сравнению с механическим соединением основным преимуществом технологии склеивания является то, что концентрация отверстий, создаваемая отверстием, не уменьшается, качество конструкции снижается, сопротивление усталости, демпфирование вибрации и эффективность изоляции хорошие, внешний вид гладкий и гладкий, процесс склеивания прост, и нет проблемы электрохимической коррозии. Однако технология связывания также имеет некоторые недостатки, такие как трудности в контроле качества склеивания, большая дисперсия прочности сцепления, отсутствие надежных методов контроля, строгие требования к обработке поверхности и склеиванию поверхности склеивания. Для композитного тела из углеродного волокна клей является основным соединением.
2.2 Механическое соединение
Механические соединения обычно используют заклепки и болты и являются наиболее распространенным типом соединения. Основным преимуществом механического соединения является высокая надежность соединения, повторная разборка и сборка во время технического обслуживания или замены, необходимость иметь дело с поверхностью, а воздействие на окружающую среду относительно невелико. Основным недостатком механического соединения является то, что он повышает качество, вызывает концентрацию напряжений и вызывает электрохимическую коррозию в контакте с композитом. Сравнение заклепочного соединения и соединения болтов показано на рисунке 1.
2.3 Смешанное соединение
В целях повышения безопасности и целостности соединения в некоторых важных соединительных деталях обычно используется метод гибридного соединения клеевого соединения и механического соединения, а преимущества двух способов соединения полностью используются для обеспечения достаточного прочность и высокая точка подключения. надежность.
2.4 Сварка
Технология сварки в основном применяется к термопластичным композитным деталям. Основной принцип состоит в том, чтобы нагреть смолу на поверхности расплавленного термопластичного композита, а затем нагнетать давление и присоединяться к ним. Существует три основных метода сварки: ультразвуковая сварка, электрическая индукционная сварка и контактная сварка. Преимущества сварки - хороший эффект соединения и короткий цикл, отсутствие обработки поверхности, высокая прочность соединения, низкий уровень напряжения и т. Д .; недостатком является то, что его нелегко разбирать, и необходимо добавить проводящие материалы или провода. Кроме того, в процессе формования композитного конструкционного элемента металлический соединитель может быть встроен в заготовку волокна, а композитный материал и встроенный в металл компонент интегрированы после формования, а композитный компонент может быть соединен с внедренным металлом чтобы избежать механических повреждений композитов.
3 Преимущества применения для автомобилей
При выборе автомобильных материалов необходимо учитывать ряд факторов, таких как механические свойства, легкая, стабильность материала, способность материала и технологичность. Каждый фактор будет иметь значительное влияние на дизайн, производство, продажи и использование автомобиля. В последние годы углеродно-волокнистые армированные полимеры (CFRP) стали новым автомобильным материалом с его уникальными характеристиками. Углеродистые полимерные матричные композиционные материалы обладают следующими преимуществами по сравнению с другими автомобильными материалами.
3.1 Отличные механические свойства
Композитный матричный композит из углеродного волокна (CFRP) имеет плотность от 1,5 до 2 г / см3, что составляет от 1/4 до 1/5 обычной углеродистой стали и примерно на 1/3 легче алюминиевого сплава, но углеродное волокно композитный материал. Полные механические свойства значительно лучше, чем у металлических материалов, а прочность на растяжение в 3-4 раза больше, чем у стали. Устойчивость к усталости стали и алюминия составляет от 30% до 50% от предела прочности при растяжении, в то время как CFRP может достигать 70% до 80%. В то же время CFRP также имеет лучшие характеристики демпфирования вибрации, чем легкий металл. Например, легкие сплавы нуждаются в 9s для прекращения вибрации. Композитный материал из углеродного волокна можно остановить в течение 2 секунд, а удельная прочность и удельный модуль являются высокими.
3.2 Проектируемый
Композитный материал из углеродного волокна имеет прочную конструктивность и может разумно выбирать базовый материал в соответствии с требованиями к производительности, проектировать расположение волокон и конструкционную форму композитного материала и гибко конструировать продукт. Например, путем размещения углеродных волокон в направлении силы можно полностью использовать анизотропию прочности композитного материала, тем самым достигая цели экономии материалов и снижения качества. Для изделий, требующих коррозионной стойкости, для конструкции можно выбрать базовый материал с хорошей коррозионной стойкостью.
3.3 Возможно интегрированное производство
Модульность и интеграция также являются тенденцией развития автомобильной структуры. Композитные материалы легко формируют изогнутые поверхности различной формы во время формования, что позволяет интегрировать производство автомобильных деталей. Интегрированное формование может не только уменьшить количество деталей и количество пресс-форм, уменьшить количество деталей и других процессов, но и значительно сократить производственный цикл. Например, если передний модуль автомобиля изготовлен из композитного материала из углеродного волокна, он может реализовать интегральное интегрированное формование, избегая локальной концентрации напряжений, вызванной последующей сшивкой и последующей обработкой металлических деталей, а также уменьшением частей автомобиля, обеспечивая при этом точность продукта и повышение производительности. Качество, снижение производственных затрат.
3.4. Энергопоглощение и ударопрочность
Композит матричной смолы с углеродным волокном (CFRP) имеет определенную вязкоупругость, и между углеродным волокном и матрицей существует небольшое локальное относительное движение, которое может генерировать межфазное трение. При синергии вязкоупругости и межфазного трения части CFRP обладают лучшей поглощающей способностью и ударопрочностью. С другой стороны, специально сплетенная структура поглощающего энергию углеродного волокна, поглощающая энергию, разбивается на более мелкие фрагменты при высокоскоростном столкновении, поглощает большое количество энергии удара, а ее поглощающая способность энергии в 4-5 раз выше, чем у металлических материалов, которые могут эффективно улучшить транспортное средство. Безопасность для защиты безопасности участников.
3.5 Хорошая коррозионная стойкость
Композитный материал из полимерной матрицы, армированного углеродным волокном, в основном состоит из жгута из углеродного волокна и материала смолы и обладает отличной кислотностью и щелочью. Автомобильные детали, изготовленные таким же образом, не нуждаются в поверхностной антикоррозионной обработке, обладают хорошей атмосферостойкостью и устойчивостью к старению, а срок службы обычно составляет от 2 до 3 раз больше, чем у стали.
3.6 Хорошие температурные характеристики
Углеродное волокно имеет очень стабильную производительность ниже 400 ° C и не сильно изменяется при 1000 ° C.
3.7 Хорошая устойчивость к усталости
Усиленный углеродным волокном материал препятствует росту усталостной трещины волокна, а его усталостная стойкость может достигать 70% -80%. Структура углеродного волокна стабильна, а прочность композитного материала после циклического испытания усталости напряжения составляет миллионы раз. Есть еще 60%, в то время как сталь и алюминий составляют 40% и 30% соответственно, а FRP - только от 20% до 25%. Поэтому усталостная стойкость композитов из углеродного волокна подходит для широкого спектра применений в автомобильной промышленности.
4 Экономический анализ новых энергоносителей
Из-за ссылки на углеродное волокно вес тела может быть уменьшен более чем на 50%. Принимая в качестве примера потерю веса в 100 кг типичной модели класса А, вес всего автомобиля очень очевиден. Это можно объяснить из следующих аспектов: 1 для 1 Для легкового автомобиля с дальностью 300 км и потребляемой мощностью 45 кВт · ч один и тот же диапазон движения может быть уменьшен на 3,6 кВт · ч специалистом отрасли «100 кг на снижение веса и увеличение на 8% диапазона движения ». Стоимость экономии батареи составляет около 0,6 млн. Юаней; 2, с жизненным циклом 400 000 километров и средней стоимостью электроэнергии 0,9 юаня / кВт · ч, стоимость электроэнергии может быть сохранена в жизненном цикле транспортного средства на 400 000/100 × 1,2 × 0,9 = 0,32 млн. Юаней. 100 км экономии электроэнергии 1,2 кВт · ч); 3 Из-за применения материалов из углеродного волокна, например, при использовании в масштабе производства 50 000 автомобилей, экономия инвестиций в технологии и оборудование преобразуется в экономический эквивалент электромобилей в каждом транспортном средстве. Амортизация сэкономит около 2000 юаней; 4, поскольку процесс упорядочен, стоимость персонала может быть сохранена не менее 1000 юаней / Тайвань.
В целом средняя стоимость одного автомобиля составляет 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 млн., Но этих затрат недостаточно, чтобы компенсировать увеличение стоимости самого материала за счет внедрения углеродного волокна. Можно видеть, что применение корпуса из углеродного волокна по-прежнему имеет большую проблему. Если вы хотите продвигать легкий корпус, вы можете начать только с сокращения инвестиций в технологии и оборудование. В целом средняя стоимость одного автомобиля составляет 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 млн., Но этих затрат недостаточно, чтобы компенсировать увеличение стоимости самого материала за счет внедрения углеродного волокна. Можно видеть, что применение корпуса из углеродного волокна по-прежнему имеет большую проблему.
Если вы хотите продвигать легкий корпус, вы можете начать только с сокращения инвестиций в технологии и оборудование.
Если автомобиль реализует массовое производство кузова из углеродного волокна, стоимость самого углеродного волокна также резко упадет, и весь эффект от отрасли будет довольно большим, и экономические выгоды станут все более очевидными. Они анализируются только с точки зрения углеродного волокна. Если мы рассмотрим фактор снижения веса тела алюминиевого сплава на 50 кг, экономический эффект самоочевиден.
5 для развития тела
Ввиду характеристик композиционных материалов, армированных углеродным волокном, такие материалы постепенно поощряются производителями автомобилей. Согласно оценкам, в автомобильном секторе использование углеродного волокна растет в среднем на 34% в год и достигает 23 000 тонн к 2020 году. Рисунок 2 является дорожной картой для разработки композитов, армированных углеродным волокном для тела.
В настоящее время композиты, армированные углеродным волокном, в основном используются для покрытия кузова, декоративных деталей и элементов конструкции на корпусе. Например, BMW использовал композиты из углеродного волокна для создания конструкционных деталей кузова в различных моделях, которые он разработал, что стало важным моментом для композитов из углеродного волокна в автомобилестроении. В то же время BMW еще больше сотрудничает с SGL (SGL), чтобы инвестировать 100 миллионов евро для разработки недорогого углеродного волокна и увеличения производства углеродного волокна с 3000 тонн в год до 9000 тонн для удовлетворения растущих электрических автомобилей BMW i-series и другие. Спрос на модели.
6. Заключение
Таким образом, композиты на основе смолы на основе углеродного волокна (CFRP) стали важным направлением развития новых автомобильных материалов в будущем благодаря их уникальным преимуществам производительности. Однако, если этот материал следует продвигать и применять в автомобильной отрасли, необходимо начать совместные исследования и разработки отрасли, научных кругов и исследований по следующим аспектам: 1 для дальнейшего поиска более дешевого предшественника углеродного волокна; 2 разработать новые процессы для производства углеродных волокон, такие как стабильность материалов-предшественников. 3; оптимизировать параметры процесса производства углеродного волокна или использовать нано-углеродное волокно для дальнейшего улучшения характеристик композитов из углепластика; 4 разрабатывают быструю и эффективную технологию изготовления формовочных деталей из углепластика, такую как технология быстрого отверждения, технология контроля потока композитного материала; 5 Используйте технологию компьютерного моделирования (CAE) для выбора различных композиционных материалов из углеродного волокна и оптимизации параметров процесса формования.
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------
XIAMEN LFT COMPOSITE PLASTIC CO., LTD.
Фокус на (LFT-G, LFRT) R & D и производство: PA, PP, TPU, PPS, PBT, PPA длинное стекловолокно и углеродное волокно непрерывная инфильтрация термопластичная композитная арматура серия инженерных пластмасс
Если вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, свяжитесь со мной.
Майк Ли
Электронная почта: sale02@lfrtplastic.com
Мобильный телефон: + 86-180-5026-9764 (wechat / whatsapp / skype)
Веб-сайт: www.lfrt-plastic.com
Add: No.27 Hongxi Road, технологический парк Tiangong Chuangxin, город Максанг, Сянаньский проспект, Сямэнь, Фуцзянь, Китай.
