عادة ما يتم دمج ألياف الكربون مع راتنجات الإيبوكسي لتشكيل مادة مركبة ، وترث هذه المادة المركبة سلسلة من المزايا مثل قوة أعلى محددة ، ومعامل محدد ، وقوة التعب ، ومقاومة صدمة طاقة ألياف الكربون نفسها ، وفي نفس الوقت ، ترث الإيبوكسي. تصميم تركيبة الراتنج مرنة ومختلفة ، والتطبيق مستهدف للغاية.بالمقارنة مع أعضاء هيكل الألومنيوم ، فإن مادة ألياف الكربون المركبة يمكن أن تحقق تأثير تخفيض الوزن بنسبة 20٪ إلى 40 ٪.مع مقادير الصلب المعدنية ، يتم تحسين فقدان الوزن لمواد ألياف الكربون المركبة. يمكن أن تصل حتى 60 ٪ إلى 80 ٪ ، واستخدام المواد المركبة من ألياف الكربون لا يقلل فقط من جودة السيارة الشاملة ، ولكن يؤثر أيضا ويغير عملية تصنيع السيارات إلى حد ما.
1 نوع العملية
البوليمرات المقواة بالألياف الكربونية (CFRP) تشير إلى مركب ألياف الكربون كمرحلة التعزيز والمواد الراتنجية بالحرارة أو بالحرارة .تتكون تكنولوجيا تصنيع مركبات CFRP بشكل أساسي من تشكيل التشكيل المسبق وتشكيل السائل. العملية ، يتم عرض تحليل مقارن لأنواع عملية مركب البوليمر المقوى بألياف الكربون في الجدول 1.
2 جمعية السيارات وتجميع التكنولوجيا
إن تجميع أجزاء السيارات المركبة والربط بين الأجزاء المركبة والأجزاء المعدنية هي مشاكل لا يمكن تجنبها ، فالمادة المركبة غير متجانسة ، مع انخفاض قوة interlaminar وانخفاض ليونة ، مما يجعل تصميم المفاصل المركبة. التحليل أكثر تعقيدا بكثير من المعدن ، والربط بين الأجزاء المعدنية التقليدية في صناعة السيارات غير مناسب لربط المواد المركبة ، لذلك من المهم فهم وتحسين طرق التوصيل والتثبيت لمواد المركبات المركبة.
منذ افتتاح ليقطع استمرارية من الألياف، مما أدى إلى تركيز الضغط المحلي. المركبات كامل الجزء الذي يربط عادة ما يكون هو الحلقة الاضعف في الهيكل، وبالتالي، فمن الأهمية بمكان لضمان تصميم قوة اتصال هيكل المركبة. وينقسم اتصال المركبات في ثلاث فئات، أي لصقها الصدد، اتصال الميكانيكي الذي يربط بين اثنين من خلط وللمركبات اللدائن الحرارية، وتقنيات اللحام. المركبة فن تصاميم يحتاج اتصال يتم تحديدها حسب الاستخدام ومتطلبات التصميم الأعضاء.
2.1 لصقها اتصال
مقارنة مع اتصال الميكانيكية، وتقنية الربط لاصقة الميزة الرئيسية هي تركيز الإجهاد تسبب عدم وجود ثقب، والحد من كتلة الهيكلية، ومكافحة التعب، التخميد الجيد وخصائص العزل، والمظهر على نحو سلس، عملية الربط بسيطة، ولا توجد مشاكل التآكل كلفاني. ومع ذلك، فإن تقنية الترابط لديه بعض العيوب، مثل الإلتصاق جودة صعبة للسيطرة على تشتت قوة الترابط كبير نسبيا، وعدم وجود طريقة اختبار موثوق بها، معالجة سطوح وعملية الربط من الأسطح الترابط مطالبين وما إلى ذلك من ألياف الكربون الجسم مركب، اللثة طريقة الاتصال الرئيسية.
2.2 اتصال ميكانيكي
يستخدم عادة المسامير اتصال الميكانيكية وبراغي، هي الأكثر شيوعا كاتصال. والميزة الرئيسية لاتصال الميكانيكية هي عالية اتصال الموثوقية، وإصلاح أو استبدال ويمكن تكرار التجميع والتفكيك، أنها لا تتطلب المعالجة السطحية، مقارنة الأثر البيئي الصغيرة، وما إلى ذلك العيب الرئيسي للاتصال الميكانيكية هو زيادة في الكتلة، وسوف يتسبب في تركيز الضغط، والمواد المركبة في اتصال مع مشاكل التآكل الكهروكيميائية معدنية. التثبيت وانشقاقه المقارنة بين الشكل 1.
2.3 الاتصال الهجين
من أجل تحسين أمن وسلامة الاتصال، في بعض المفاصل المهمة، ويخلط عادة حين الإلتصاق الاتصال واتصال الميكانيكية، والاستفادة الكاملة من نوعين من الاتصالات، الموقع اتصال لضمان ما يكفي من القوة وأعلى الموثوقية.
2.4 اللحام
يتم تطبيق تقنيات اللحام إلى عضو مركب بالحرارة، المبدأ الأساسي هو أن سطح ساخنة المنصهر المواد المركبة الراتنج بالحرارة، والضغط على التداخل، لذلك إتصال متكامل الملحومة لحام الرئيسي بالموجات فوق الصوتية، واللحام التعريفي، والمقاومة لحام ثلاثة أنواع . يمتاز بانه حام النتائج اتصال جيدة ودورة قصيرة، دون المعالجة السطحية، وارتفاع قوة الترابط، والإجهاد والصغيرة؛ وتفكيكها بسهولة نقص اللازمة لإضافة مادة موصلة أو الأسلاك المعدنية، الخ وعلاوة على ذلك، في عضو الهيكلي المواد المركبة مصبوب. العملية قد تكون جزءا لا يتجزأ في التشكيل الألياف في عضو المعادن الاتصال، بعد تشكيل المواد المركبة وعضو المعادن جزءا لا يتجزأ متكامل بين قد تكون مرتبطة من قبل عضو المعادن جزءا لا يتجزأ، تشكيله من أجل تجنب الأضرار التي لحقت المواد المركبة أعضاء مركب.
3 مزايا التطبيق للسيارات
عند اختيار مواد السيارات ، هناك عدد من العوامل التي يجب أخذها بعين الاعتبار ، مثل الخصائص الميكانيكية ، والوزن الخفيف ، واستقرار المواد ، وإمكانية تصميم المواد وقابلية التشغيل ، إلخ. وسيؤدي كل من هذه العوامل إلى تصميم السيارة وانتاجها وبيعها واستخدامها. تأثير يذكر. في السنوات الأخيرة، من ألياف الكربون المقوى المركبة البوليمر (ألياف الكربون المقوى البوليمرات، CFRP) مع خصائص الأداء فريدة من نوعها، فقد أصبح شعبية المواد الجديدة انتباه السيارات. مقارنة مع المواد السيارات أخرى، عززت من ألياف الكربون البوليمر المواد المركبة المصفوفة لديها المزايا التالية.
3.1 خصائص ميكانيكية ممتازة
كثافة سيارة من ألياف الكربون المقوى الراتنج مصفوفة مركب مادة (CFRP) هو 1.5 ~ 2G / CM3، فقط الكربون الصلب العادي 1/4 إلى 1/5، حوالي ثلث أخف من الألومنيوم، ولكن المواد المركبة من ألياف الكربون خصائص ميكانيكية أفضل بكثير من المواد المعدنية، والشد من الصلب هي 3-4 أضعاف قوة التعب من الصلب والألومنيوم 30٪ إلى 50٪ من قوة الشد، يمكن للCFRP تصل إلى 70٪ إلى 80٪. وفي الوقت نفسه، يتميز CFRP أيضًا بخصائص تخميد اهتزاز أفضل من المعادن الخفيفة ، على سبيل المثال ، تتطلب السبائك الخفيفة 9 ثوانٍ لإيقاف الاهتزاز ، بينما يمكن أن تتوقف مركبات ألياف الكربون لمدة ثانيتين ، مع قوة محددة أعلى ومعامل محدد.
3.2 تصميم
من ألياف الكربون المواد المركبة قد يكون من السهل تصميم، يمكن أن تكون خيارا معقولا من المواد المصفوفة على أساس متطلبات الأداء، وتهيئتها في شكل ترتيب تصميم الألياف والمواد المركبة ومرنة تصميم المنتج. على سبيل المثال، من ألياف الكربون وفقا لاتجاه من مرتبة القوة، يمكن أن يكون بما فيه الكفاية لعب متباين الخواص قوة المواد المركبة، وذلك لتحقيق الغرض من المواد الادخار وتقليل الجودة. تتطلب مقاومة التآكل للمنتجات في تصميم واختيار جيد للتآكل المواد المقاومة المصفوفة.
3.3 يمكن تحقيق التصنيع المتكامل
وحدات، هيكل متكامل هو الاتجاه السائد في السيارات، وعندما المواد المركبة في مختلف مصبوب الشكل المنحني من السهل تحقيق تصنيع متكاملة مكونات السيارات، والصب والتصنيع المتكاملة لا يمكن أن تقلل فقط من عدد من أجزاء القالب عدد الأجزاء للحد من عمليات اتصال، ولكن أيضا يمكن تقصير كبير في دورة الإنتاج. على سبيل المثال، إذا وحدة نمطية السيارة الأمامي مصنوعة من مواد ألياف الكربون المركبة، ويمكن تنفيذ مصبوب متكامل متكامل، وتجنب معالجة لاحقة الأجزاء المعدنية لاحق الملحومة المحلية المنتجة التركيز على الإجهاد ، مع ضمان دقة المنتج وتحسين الأداء ، يقلل من جودة قطع غيار السيارات ويقلل من تكاليف التصنيع.
3.4 امتصاص الطاقة ومقاومة التأثير
من ألياف الكربون المقوى الراتنج مصفوفة مركب مادة (CFRP) وجود زوجة مطاطية معينة والحركة النسبية طفيفة بين ألياف الكربون جزئية ومصفوفة، قد يتم إنشاء واجهة الاحتكاك. في تأثير متناغم من الاحتكاك واجهة واللزجة، وجود مواد CFRP أفضل مقاومة تأثير امتصاص الطاقة. من ناحية أخرى، وألياف الكربون المواد المركبة تصادم الطاقة استيعاب بنية المنسوجة خاص مقطعة إلى قطع صغيرة في اصطدام بسرعة عالية، وتمتص الكثير من الطاقة تأثير، والقدرة على امتصاص الطاقة من المواد المعدنية 4 إلى 5 مرات ، يمكن أن تحسن بشكل فعال سلامة السيارة وضمان سلامة الأعضاء.
3.5 مقاومة جيدة للتآكل
من ألياف الكربون المقوى البوليمر المواد المصفوفة مركب يتألف أساسا من السحب من ألياف الكربون ومادة الراتنج مع حامض ممتازة ومقاومة القلويات، مع مكونات صنعها السيارات دون الحاجة للعلاج تآكل السطح، وتحسين مقاومة الطقس ومقاومة الشيخوخة، والحياة بشكل عام 2 إلى 3 مرات من الفولاذ.
3.6 درجة حرارة عالية الأداء
لا يزال أداء ألياف الكربون تحت 400 درجة مئوية مستقرًا جدًا ، ولا يتغير كثيرًا عند 1000 درجة مئوية.
3.7 مقاومة التعب الجيدة
أعاقت الألياف ألياف الكربون التعزيز بسبب النمو الكراك التعب، وهي مستقرة خصائص التعب هيكل يصل 70٪ إلى 80٪ من ألياف الكربون، وجعل المواد المركبة من دوري اختبار الإجهاد والتعب ملايين المرات، ومعدل البقاء قوة لا تزال 60٪، في حين أن الصلب والألومنيوم بنسبة 40٪ و 30٪ على التوالي، فقط 20٪ من الألياف الزجاجية و 25٪ وهكذا، فإن خصائص مضادة التعب للمواد مركبة من ألياف الكربون تستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات.
4 التحليل الاقتصادي لمركبات الركاب الجديدة للطاقة
منذ ألياف الكربون المراجع والجسم وفقدان الوزن قد تكون 50٪ أو أكثر، إلى فقدان وزن الجسم نموذجي 100KG نموذج مستوى كمثال، فإن وزن السيارة هو معنى واضح جدا، فإنه قد يتم تعيين قليلا عليها في الجوانب التالية: ① تابع لمحطة 300KM القيادة، والقدرة على تحميل الركاب من 45KW · ح، وخبراء الصناعة من أجل "فقدان الوزن في 100KG، بزيادة قدرها حوالي 8٪ من مجموعة القيادة" الحسابات، نفس مجموعة القيادة يمكن أن تقلل من الطاقة المركبة من 3.6kW · ح، الحفاظ على طاقة البطارية التكلفة حوالي 06000 يوان؛ ② السفر 400،000 كيلومتر في دورة الحياة، وفقا لمتوسط 0.9 يوان الكهرباء / كيلو واط ساعة · حساب، يمكن للمركبة انقاذ دورة حياة الكهرباء 400000/100 × 1.2 × 0.9 = 0432000 ( 100KM حفظ الحوسبة 1.2KW الطاقة · ح)؛ ③ بسبب المواد من ألياف الكربون لتوسيع نطاق إنتاج السيارات من 50،000 على سبيل المثال، فإن عملية الاستثمار الادخار والاستثمار في معدات لتحويل ما يعادل الاقتصادي من السيارات الكهربائية في كل سيارة حفظ الإطفاء حوالي 2000 يوان ؛ 4 بسبب تبسيط العملية ، تكاليف الموظفين على الأقل توفير 1000 يوان / تايوان.
بالنسبة للبنود المذكورة أعلاه ، يمكن توفير متوسط تكلفة السيارة عند 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 13.3 مليون يوان ، لكن هذه التكاليف لا تكفي لتعويض الزيادة في تكلفة المادة نفسها بسبب إدخال ألياف الكربون. لا تزال هناك مشكلة كبيرة في تطبيق جسم السيارة ، فإذا أردنا الترويج لهيكل سيارة خفيف الوزن ، فيمكننا فقط البدء من تقليل الاستثمار في العملية والمعدات ، حيث يمكن لكل سيارة توفير 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 1.332. تكلفة مليون يوان ، ولكن هذه التكاليف ليست كافية لتعويض الزيادة في تكلفة المواد نفسها بسبب إدخال ألياف الكربون ، ويمكن ملاحظة أنه لا تزال هناك مشاكل كبيرة في تطبيق الجسم من ألياف الكربون.
إذا كنت ترغب في تعزيز هيئة خفيفة الوزن ، يمكنك البدء فقط عن طريق خفض الاستثمار في العملية والمعدات.
إذا كان إنتاج كتلة السيارات من ألياف الكربون ، فإن تكلفة مادة ألياف الكربون نفسها سوف تقل إلى حد كبير ، وتأثير الصناعة بأكمله هو أيضا كبير جدا ، وسوف تصبح الفوائد الاقتصادية أكثر وضوحا.هذه فقط يتم تحليلها من منظور ألياف الكربون ، إذا كنت تنظر في الحد من جسم السيارة سبائك الألومنيوم يتم فرض عامل وزنه 50kg على نفس السبب والأثر الاقتصادي هو بديهي.
5 اتجاهات التنمية لجسم السيارة
وبالنظر إلى خصائص المركبات المقواة بالألياف الكربونية ، فإن هذا النوع من المواد يتم تفضيله بشكل متزايد من قبل شركات صناعة السيارات ، وتشير التقديرات إلى أن استخدام ألياف الكربون في قطاع السيارات ينمو بمعدل سنوي متوسط يبلغ 34٪ وسيصل إلى 23000 طن بحلول عام 2020. 2 عبارة عن خارطة طريق لتطوير مركبات الكربون المقواة بالألياف المركبة لأجسام السيارات.
في الوقت الحاضر ، يتم استخدام المواد المقواة بالألياف الكربونية بشكل أساسي على لوحات الجسم ، الديكورات والأجزاء الهيكلية على السيارات ، على سبيل المثال ، استخدمت BMW عددًا كبيرًا من المواد المركبة من ألياف الكربون في تطوير نماذج متنوعة لتصنيع هياكل الجسم. تستخدم مركبات ألياف الكربون في لحظات مهمة في تصنيع السيارات ، وفي نفس الوقت ، تعاونت BMW و SGL الألمانية أكثر من 100 مليون يورو لتطوير ألياف الكربون منخفضة التكلفة ، وزيادة إنتاج ألياف الكربون من 3000 طن في السنة إلى 9000 طن. تلبية الطلب المتزايد على السيارات الكهربائية BMW i-series والنماذج الأخرى.
6 الخلاصة
وباختصار، توجها هاما لتطوير ألياف الكربون المقوى المركبة الراتنج مصفوفة (CFRP) لمزاياه أداء فريدة من نوعها لتصبح السيارة القادمة والمواد الجديدة، ولكن هذه المواد من أجل تعزيز استخدام قطاع السيارات، تحتاج أيضا إلى البدء من الجوانب التالية تنفيذ بحوث التنمية التعاونية: ① مزيد من السعي أقل تكلفة السلائف ألياف الكربون؛ ② تطوير تكنولوجيا ألياف الكربون الجديدة، مثل تقنية تثبيت مادة أولية؛ ③ تحسين معايير عملية إنتاج ألياف الكربون أو استخدام ألياف النانو الكربونية، لزيادة تحسين المواد CFRP المركبة الأداء؛ ④ تطوير تقنيات التصنيع بكفاءة وفعالية CFRP المادة الصب، مثل تشكيل تقنيات علاج سريع، ومركب تكنولوجيا التحكم في التدفق المادية؛ ⑤ باستخدام تحليل محاكاة كمبيوتر آخر (CAE) اختيار الكربون مادة الألياف المركبة، وتحسين عملية صب المعلمات.