La fibre de carbone et résine époxy habituellement incorporés dans un matériau composite en utilisant un tel matériau composite de fibre de carbone lui-même hérité forte résistance spécifique, un module spécifique, résistance à la fatigue et absorbant l'énergie sismique série d'avantages, tout en époxy hérité conception flexible de la formulation de résine, l'application des caractéristiques spécifiques et forte par rapport à la structure de l'alliage, le matériau composite à fibres de carbone, l'effet de réduction de poids peut atteindre 20% à 40%, par rapport aux pièces métalliques en acier, la perte de poids du matériau composite à fibres de carbone voire jusqu'à 60% à 80% en utilisant le matériau composite de fibre de carbone, non seulement de réduire la qualité du véhicule, et aussi dans une certaine mesure, influencer les changements de procédés de fabrication d'automobiles.
1 type de processus
fibre de carbone renforcée composites à matrice polymère (Carbon Fiber Reinforced Polymers, CFRP), il se réfère à une fibre de carbone en tant que phase de matériau de renforcement et un matériau composite de résine thermoplastique ou thermodurcissable de l'art fabriqué en matériau composite préimprégné de fibre de carbone comprend la formation et de mise en forme du liquide Procédé, L'analyse comparative des types de processus composites à matrice polymère renforcée de fibres de carbone est présentée dans le tableau 1.
2 Assemblage automobile et technologie d'assemblage
assemblage combinatoire et la connexion entre l'élément composite et l'élément métallique entre l'élément en matériau composite est un problème inévitable matériau composite automobile est dans un anisotrope, une faible résistance interlaminaire, ductilité faible, de sorte que la conception des parties de connecteur du matériau composite et l'analyse est beaucoup plus complexe que la connexion métallique entre les pièces métalliques pour l'industrie automobile ne concerne pas la connexion composite traditionnelle, par conséquent, comprendre et améliorer la connexion des composites automobiles et de fixation, et un choix raisonnable est crucial.
Depuis l'ouverture pour interrompre la continuité des fibres, entraînant une concentration de tension locale. Entier Composites partie de connexion est généralement le maillon le plus faible dans la structure, par conséquent, il est essentiel d'assurer la conception de la structure composite de la force de connexion. Raccordement Composites est divisée en trois catégories, à savoir la connexion collée, une liaison mécanique reliant les deux mélange et pour les composites thermoplastiques, et des techniques de soudage. composites art conçoit connexion doit être déterminée en fonction des exigences d'utilisation et de conception membre.
2.1 connexion collée
Par rapport à la liaison mécanique, technique de collage principal avantage est la concentration du stress causé aucun trou, réduire la masse structurelle, anti-fatigue, un bon amortissement et les propriétés d'isolation, aspect lisse, processus de liaison est simple, pas de problèmes de corrosion galvanique. Cependant, la technique de liaison présente certains inconvénients, tels que le collage de qualité difficile de contrôler la dispersion de la force de liaison est relativement grande, l'absence de méthode d'essai fiable, le traitement de surface et procédé de liaison de surfaces de liaison exigeantes etc. le corps composite en fibre de carbone, la gomme La méthode de connexion principale.
2.2 Connexion mécanique
Est généralement utilisé des rivets de liaison mécanique et boulons, sont le plus souvent utilisé comme connexion. Le principal avantage de la connexion mécanique est une fiabilité connexion élevée, la réparation ou le remplacement peut être répété montage et le démontage, il ne nécessite pas de traitement de surface, la comparaison de l'impact sur l'environnement petit, etc. le principal inconvénient de la liaison mécanique est une augmentation de la masse, provoque la concentration de contraintes, le matériau composite en contact avec les problèmes de corrosion électrochimique métal. rivetage et boulonnage de la comparaison de la figure 1.
2.3 Connexion hybride
Afin d'améliorer la sécurité et l'intégrité de la connexion, dans certaines articulations importantes, généralement mélangé tout en connexion collage et connexion mécanique, parti de deux types de connexions, le site de connexion pour assurer une résistance suffisante et plus Fiabilité
2.4 Soudage
Le principe de base est de chauffer la résine à la surface du composite thermoplastique fondu, puis de la presser et de les assembler.Il existe trois principaux types de soudage: le soudage par ultrasons, le soudage par induction électrique et le soudage par résistance. Méthode Les avantages du soudage sont une bonne connexion et un cycle court, pas de traitement de surface, haute résistance de connexion, faible contrainte, etc. L'inconvénient est qu'il n'est pas facile à démonter et qu'il faut ajouter du matériau conducteur ou filaire. Pendant le processus, le connecteur métallique peut être intégré dans la préforme de fibre.Après le moulage, le matériau composite et la partie métallique incorporée sont intégrés, et les parties composites peuvent être reliées par la partie métallique intégrée pour éviter les dommages d'usinage du matériau composite.
3 Avantages d'application pour l'automobile
Dans le choix des matériaux automobiles, nous devons considérer un certain nombre de facteurs tels que les propriétés mécaniques, légère, stabilité matérielle, la conception et traitabilité du matériel, etc. Chacun de ces facteurs auront sur la conception non-automobile, la production, les ventes, l'utilisation, etc. influence négligeable. Ces dernières années, la fibre de carbone renforcé de composites à matrice de polymère (fibre de carbone polymères renforcés, CFRP) avec ses caractéristiques uniques de performance, il est devenu populaire nouveau matériel automobile d'attention. par rapport à d'autres matériaux pour l'automobile, un polymère renforcé de fibres de carbone Les composites à matrice matérielle présentent les avantages suivants.
3.1 Excellentes propriétés mécaniques
la densité du véhicule fibre de carbone résine renforcée par un matériau composite à matrice (CFRP) est de 1,5 ~ 2 g / cm3, que l'acier au carbone ordinaire 1/4 au 1/5, environ un tiers plus léger que l'aluminium, mais le matériau composite à fibres de carbone nettement mieux que les propriétés mécaniques d'un matériau métallique, qui est 3 à 4 fois la résistance à la traction de l'acier. acier et résistance à la fatigue d'aluminium est de 30% à 50% de la résistance à la traction, la fibre de carbone peut atteindre 70% à 80%. dans le même temps, CFRP est également meilleure que un métal léger ayant des caractéristiques d'amortissement des vibrations, comme 9s en alliage léger besoin d'arrêter la vibration, le matériau composite à fibres de carbone qui arrête 2s, une résistance spécifique élevée et un module spécifique.
3.2 Designable
matériau composite en fibres de carbone peut être facile à concevoir, peut être un choix raisonnable de matériau de matrice en fonction des exigences de performance, configuré sous la forme de l'agencement de la conception des fibres et des composites, la conception des produits souples. Par exemple, la fibre de carbone selon la direction de la force sont disposés, peut être suffisamment L'anisotropie de la résistance du matériau composite peut être exploitée dans le but d'économiser du matériau et de réduire la qualité.Pour les produits nécessitant une résistance à la corrosion, le matériau de base avec une bonne résistance à la corrosion peut être sélectionné lors de la conception.
3.3 peut réaliser une fabrication intégrée
La modularisation et l'intégration sont également des tendances dans le développement des structures automobiles: les composites sont faciles à façonner en surfaces courbes de différentes formes lorsqu'elles sont moulées, ce qui permet une fabrication intégrée de pièces automobiles. le nombre de pièces pour réduire les processus de connexion, mais il peut aussi grandement raccourcir le cycle de production. Par exemple, si un module avant de la voiture faite de matériaux composites en fibre de carbone, peuvent être mis en oeuvre intégralement moulée d'un seul tenant, et d'éviter les pièces métalliques ultérieur de traitement ultérieur locale soudés fabriqués La concentration du stress, tout en assurant la précision du produit et en améliorant les performances, réduit la qualité des pièces automobiles et réduit les coûts de fabrication.
3.4 Absorption d'énergie et résistance aux chocs
résine renforcée par des fibres de carbone matériau composite à matrice (CFRP) ayant un certain viscoélasticité et un léger mouvement relatif entre les fibres de carbone partielles et d'une matrice, l'interface de friction peut être générée. Dans l'effet synergique de frottement à l'interface et viscoélastique, comprenant des articles de CFRP meilleure résistance aux chocs à absorption d'énergie. d'autre part, la structure d'absorption collision matériau composite en fibre de carbone de l'énergie d'un tissu spécial haché en petits morceaux dans une collision à grande vitesse, d'absorber une grande quantité d'énergie d'impact, la capacité d'absorption d'énergie que le matériau métallique 4 à 5 fois, peut effectivement améliorer la sécurité des véhicules et assurer la sécurité des membres.
3.5 Bonne résistance à la corrosion
La fibre de carbone matrice polymère renforcé par un matériau composite principalement composé d'étoupe de fibres de carbone et le matériau de résine avec un excellent acide et la résistance aux alcalis, avec sa fabrication de composants automobiles sans la nécessité d'un traitement de corrosion de surface, une meilleure résistance aux intempéries et la résistance au vieillissement, la vie en général 2 à 3 fois l'acier.
3.6 haute température performance
La performance de la fibre de carbone en dessous de 400 ° C reste très stable et ne change pas beaucoup à 1 000 ° C.
3.7 Bonne résistance à la fatigue
des fibres de renforcement en fibre de carbone ont empêché en raison de la croissance des fissures de fatigue, qui est une des propriétés de fatigue de la structure stable jusqu'à 70% à 80% de fibre de carbone, le matériau composite est constitué d'un millions test de fatigue de contrainte cyclique de temps, le taux de rétention de résistance encore 60%, tandis que l'acier et l'aluminium de 40% et 30%, respectivement, seulement 20% de fibre de verre et 25% Ainsi, les propriétés anti-fatigue pour le matériau composite à fibres de carbone largement utilisés dans l'industrie automobile.
4 Analyse économique pour les véhicules de tourisme à énergie nouvelle
Depuis les fibres de carbone références, la perte de poids corporel peut être de 50% ou plus, à la perte de poids corporel typique 100 kg Un modèle de niveau à titre d'exemple, le poids du véhicule est sens très évident, il peut être légèrement présentée dans les aspects suivants: ① continue d'une station la conduite 300 km, la capacité de chargement de passagers de 45 kW · h, les experts du secteur afin de « perte de poids par 100 kg, soit une augmentation d'environ 8% de la gamme d'entraînement » calculs, la même gamme de conduite peut réduire la puissance installée de 3,6 kW · h, Réduction des coûts de la batterie d'environ 06 000 yuans; ② voyage 400.000 km dans le cycle de vie, conformément à une moyenne de 0,9 yuans électricité / kW · h calculé, le véhicule peut sauver le cycle de vie de l'électricité 400000/100 × 1,2 × 0,9 = 0432000 ( 100 km sauver calcul 1.2kW de puissance · h); ③ à cause des matériaux en fibre de carbone à l'échelle de la production de véhicules de 50 000 par exemple, le processus d'investissement de l'épargne, l'investissement dans l'équipement pour convertir l'équivalent économique des véhicules électriques dans chaque voiture Amortissement économisé environ 2.000 yuans, 4 parce que le processus est rationalisé, le personnel coûte au moins 1.000 yuans / Taiwan.
Pour les éléments ci-dessus, le coût moyen par véhicule peut être économisé à 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 millions de yuans, mais ces coûts ne sont pas suffisants pour compenser l'augmentation du coût du matériau lui-même dû à l'introduction de fibre de carbone. Si l'on veut promouvoir une carrosserie légère, on ne peut que commencer par réduire l'apport du processus et de l'équipement: au total, chaque voiture peut économiser en moyenne 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,332 Million de yuans coût, mais ces coûts ne sont pas assez pour compenser l'augmentation du coût du matériel lui-même en raison de l'introduction de la fibre de carbone.Il peut être vu que l'application de carrosserie de voiture en fibre de carbone est toujours un gros problème.
Si vous voulez promouvoir un corps léger, vous ne pouvez commencer en réduisant l'investissement dans le processus et l'équipement.
Si la production de masse de fibre de carbone, le coût du matériau en fibre de carbone lui-même sera considérablement réduit, tout l'effet de l'industrie est également assez grande, les avantages économiques deviendront plus évidents.Ceux-ci sont seulement analysés du point de vue de la fibre de carbone Le facteur pesant 50 kg se superpose à la même raison et l'effet économique est évident.
5 Tendances de développement pour le corps du véhicule
Compte tenu des caractéristiques des composites renforcés par des fibres de carbone, ce type de matériau est de plus en plus privilégié par les constructeurs automobiles: on estime que dans le secteur automobile, la consommation de fibre de carbone augmentera en moyenne annuelle de 34% et atteindra 23 000 tonnes en 2020. 2 est une feuille de route pour le développement de composites renforcés par des fibres de carbone pour les carrosseries de voitures.
À l'heure actuelle, les composites renforcés de fibres de carbone sont principalement appliqués sur les panneaux de carrosserie, les garnitures et les pièces structurelles des automobiles: BMW a utilisé un grand nombre de matériaux composites en fibre de carbone pour développer divers modèles de structures de carrosserie. En même temps, BMW et l'allemand SGL coopèrent pour investir 100 millions d'euros dans le développement de fibres de carbone à faible coût et augmenter la production de fibre de carbone de 3 000 tonnes par an à 9 000 tonnes. Répondre à la demande croissante pour les voitures électriques de série BMW i et d'autres modèles.
6 Conclusion
En résumé, les composites à matrice de résine renforcée de fibres de carbone (PRFC) sont devenus un axe de développement important pour les nouveaux matériaux automobiles, avec des avantages de performance uniques, mais il faut aussi partir des aspects suivants pour favoriser l'application de ce matériau: 2 Recherche de nouveaux procédés pour la fabrication de fibres de carbone, telles que la stabilisation des matériaux précurseurs, 3 Optimisation des paramètres de fabrication des fibres de carbone ou utilisation de fibres nanocarbones pour améliorer les composites en PRFC. Performance: 4 développement rapide et efficace de technologies de fabrication de moulage de pièces en PRFC, telles que la technologie de moulage par solidification rapide, technologie de contrôle de flux de matériaux composites, 5 technologies d'analyse par simulation informatique (CAE) Paramètres