Kohlefaser und Epoxydharz in der Regel in einem Verbundwerkstoff unter Verwendung eines solchen Verbundwerkstoff aus kohlefaser selbst starke spezifische Festigkeit, spezifische Modul, die Ermüdungsfestigkeit und energieabsorbierende seismischen Reihe von Vorteilen auf vererbte eingebaut, während epoxy geerbt flexible Harzformulierung Design, anwendungsspezifische Eigenschaften und stark mit der Legierungsstruktur verglichen wird, das Kohlenstofffaserverbundwerkstoff, können der Gewichtsreduktionseffekt von 20% bis 40% erreichen, im Vergleich mit Stahlmetallteilen, Gewichtsverlust des Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen Kann sogar 60% bis 80% erreichen Der Einsatz von Kohlefaserverbundwerkstoffen reduziert nicht nur die Gesamtqualität des Fahrzeugs, sondern beeinflusst und verändert auch den Automobilherstellungsprozess in gewissem Maße.
1 Prozesstyp
Kohlefaserverstärkten Polymermatrixverbundstoffe (Carbon Fiber Reinforced Polymers, CFK), bezieht er sich auf einer Kohlenstofffaser als Verstärkungsmaterial Phase und einem thermoplastischen oder duroplastischen Harzverbundmaterialien hergestellten Kunst CFRP-Prepreg-Verbundmaterial umfasst bildet und die Flüssigkeit Formungs Verfahren, Vergleichsanalyse von kohlenstofffaserverstärkten Polymermatrix-Komposit-Prozesstypen sind in Tabelle 1 gezeigt.
2 Automobilmontage- und Montagetechnik
Combinatorial Montag und Verbindung zwischen dem Verbundteil und dem Metallelement, das zwischen dem Verbundmaterial-Elemente ist ein unvermeidbares Problem Automobil Verbundmaterial in einem anisotropen ist, niedrig interlaminare Festigkeit, Duktilität gering, so dass das Design der Verbinderabschnitte des Verbundmaterials und Analyse ist viel komplexer als die Metallverbindung zwischen den Metallteilen für die Automobilindustrie zu den traditionellen gilt nicht Composite-Verbindung, daher verstehen und Automobil-Komposite Verbindung und Fixierung verbessern und eine vernünftige Wahl ist entscheidend.
Da die Öffnung, die Kontinuität der Fasern zu unterbrechen, was zu einer lokalen Spannungskonzentration. Composites gesamter Verbindungsbereich ist typischerweise das schwächste Glied in der Struktur, daher ist es wichtig, das Verbindungsfestigkeit Verbundstruktur-Design zu gewährleisten. Composites Verbindung ist unterteilt in drei Kategorien, d.h. Klebeverbindung, eine mechanische Verbindung der beiden Misch Verbinden und für thermoplastische Verbundstoffe und Schweißtechniken. composites Art Design Verbindung bestimmt werden muss, je nach Verwendung und Konstruktionsanforderungen Mitglied.
2.1 Bondverbindung
Im Vergleich mit der mechanischen Verbindung, Klebetechnik Hauptvorteil ist die Spannungskonzentration kein Loch verursacht wird, reduziert die Strukturmasse, ermüdungsfreie, gute Dämpfungs- und Isoliereigenschaften, glattes Aussehen, ist Bondprozess einfach, keine galvanischen Korrosionsprobleme. jedoch hat das Bondtechnik einige Nachteile, wie Kleben Qualität schwierig, die Bindungsstärke zu steuern Dispersion relativ groß ist, das Fehlen zuverlässiger Testverfahren, Oberflächenbehandlung und Verbindungsprozess von Klebflächen anspruch usw. dem Kohlenstofffaserverbundkörper, Gummi Zugang ist die Hauptverbindung.
2.2 Mechanische Verbindung
Wird in der Regel mechanische Verbindung Nieten und Bolzen verwendet wird, werden am häufigsten als Verbindung verwendet. Der Hauptvorteil der mechanischen Verbindung ist eine hohe Verbindungszuverlässigkeit, Reparatur oder Austausch der Montage und Demontage wiederholt werden kann, ist es nicht die Oberflächenbehandlung, Umweltbelastung Vergleich erfordert klein, usw. der Hauptnachteil der mechanischen Verbindung ist in der Masse eine Erhöhung, wird die Spannungskonzentration, um das Verbundmaterial in Kontakt mit den Metallelektrochemische Korrosion zu Problemen führen. Niet- und den Vergleichs des 1 Verschrauben.
2.3 Hybridverbindung
Um die Sicherheit und Integrität der Verbindung in einigen wichtigen Gelenken zu verbessern, gemischt in der Regel während Verbindung und mechanische Verbindung, um alle Vorteile von zwei Arten von Verbindungen Kleben, die Verbindungsstelle eines ausreichende Festigkeit zu gewährleisten und höher Zuverlässigkeit.
2.4 Schweiß
Schweißtechnologien sind auf thermoplastische Verbundelement angewendet wird, dessen Grundprinzip ist, geschmolzene thermoplastische Harzoberfläche aus Verbundmaterial erwärmt wird, unter Druck gesetzt und dann überlappen, so integral Hauptultraschallschweißen, Induktionsschweißen verbunden ist, und Widerstandsschweißen drei Arten . Vorteile wie gute Verbindung ergibt und kurzes Zyklusschweißen, ohne Oberflächenbehandlung, hohe Haftfestigkeit, Stress und klein; Mangel leicht demontierbar ist notwendig ein leitfähiges Material oder einen Metalldraht usw. weiter in einem Kompositmaterial geformtes Strukturelement, hinzuzufügen. Dabei kann in dem Faservorformling in einem Metallverbindungsteil eingebettet werden, nachdem das Verbundmaterial bilden und das Metallelement, das integral zwischen den Verbundelementen eingebettet kann durch ein Metallelement eingebettet ist, maschinell bearbeitet, um eine Beschädigung des Verbundmaterial zu vermeiden, verbunden werden.
3 Anwendungsvorteile für die Automobilindustrie
Bei der Wahl der Kfz-Materialien benötigen wir eine Reihe von Faktoren, wie mechanische Eigenschaften, geringe Gewicht, Materialstabilität, das Design und die Verarbeitbarkeit des Materials zu prüfen, etc. Jeder dieser Faktoren auf der Nicht-Automobil-Design, Produktion, Vertrieb, Nutzung, usw. hat Die Auswirkungen der Vernachlässigung In den letzten Jahren wurden kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK) zu einem neuen Automobilwerkstoff, der aufgrund seiner einzigartigen Leistungsmerkmale Aufmerksamkeit erregte.Im Vergleich zu anderen Automobilwerkstoffen wurde gezeigt, dass kohlenstofffaserverstärktePolymere (CFRP) die Polymerisation verbessern. Materialmatrixverbundstoffe haben die folgenden Vorteile.
3.1 Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften
Auto Dichte kohlefaserverstärkten Harzmatrix-Verbundmaterial (CFRP) 1,5 ~ 2 g / cm3, nur gewöhnlicher Kohlenstoffstahl 1/4 bis 1/5, etwa ein Drittel leichter als Aluminium, aber der Kohlenstofffaserverbundwerkstoff Die mechanischen Eigenschaften sind Metallwerkstoffen offensichtlich überlegen, und die Zugfestigkeit ist 3 bis 4 mal höher als die von Stahl.Die Dauerfestigkeit von Stahl und Aluminium beträgt 30% bis 50% der Zugfestigkeit und der CFK kann 70% bis 80% erreichen. CFRP ist auch besser als ein Leichtmetall mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften, wie Leichtmetall-Legierung 9s Schwingungs stoppen müssen, den Kohlenstofffaserverbundwerkstoff, 2s, hohe spezifische Festigkeit und spezifische Elastizitätsmodul aufhört.
3.2 Designbar
Kohlefaser-Verbundmaterial kann leicht sein, zu entwerfen, eine vernünftige Wahl des Matrixmaterials basiert auf Leistungsanforderungen sein kann, konfiguriert in der Form der Anordnung der Konstruktion die Fasern und Verbundstoffe, flexible Produktdesign. Zum Beispiel kann die Kohlenstofffaser gemäß der Richtung der Kraft angeordnet sind, kann ausreichend sein, spielt anisotropen Verbundmaterialstärke, um den Zweck der Materialeinsparung zu erreichen und die Qualität verringern. erfordert Korrosionsbeständigkeit für Produkte in der Entwicklung, Auswahl der gute Korrosionsbeständigkeit Matrixmaterial.
3.3 kann eine integrierte Fertigung erreichen
Modular, integrierte Struktur ist ein Trend in der Automobil. Wenn das Verbundmaterial in verschiedenen gekrümmte Form geformt leicht Automobilkomponenten integrierte Fertigung zu erreichen. Die integrierte Formgebung und Herstellung können nicht nur die Anzahl der Formteile reduzieren die Anzahl der Teile, die die Verbindungsprozesse, reduzieren, sondern auch den Produktionszyklus erheblich verkürzt werden kann. wenn beispielsweise ein Autofrontmodul aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen hergestellt, die integral einstückig geformt implementiert werden kann, und zur Vermeidung von lokalen Geschweißte nachfolgende Verarbeitung nachfolgender Metallteil hergestellt Spannungskonzentration, während die Produktgenauigkeit und die Verbesserung der Leistung sichergestellt werden, reduzieren die Qualität der Autoteile und reduzieren die Herstellungskosten.
3.4 Energieabsorption und Schlagfestigkeit
Kohlefaserverstärkte Harzmatrix-Verbundmaterial (CFRP) mit einer bestimmten Viskoelastizität und eine leichte Relativbewegung zwischen den Teilkohlenstofffasern und einer Matrix, kann die Reibungsgrenzfläche erzeugt werden. In der synergistischen Wirkung des Grenzfläche-Reibungs und viskoelastische, Artikel von CFRP mit besserer energieabsorbierenden Schlagfestigkeit. auf der anderen Seite, die Kohlenstofffaserverbundwerkstoff Kollisionsenergie Struktur eines speziellen woven absorbieren in einer Hochgeschwindigkeits-Kollision in kleinere Stücke zerhackt, absorbiert die Energieabsorptionsfähigkeit als das metallischen Material eine Menge an Aufprallenergie, 4 bis 5 mal, kann effektiv die Fahrzeugsicherheit verbessern und die Sicherheit der Mitglieder gewährleisten.
3.5 Gute Korrosionsbeständigkeit
Kohlefaserverstärkten Polymermatrix-Verbundmaterial, das hauptsächlich aus Kohlenstofffaserkabel und das Harzmaterial mit ausgezeichneter Säure- und Alkalibeständigkeit zusammengesetzt, mit seiner Herstellung Fahrzeugkomponenten ohne die Notwendigkeit einer Oberflächenkorrosionsbehandlung, ein besseren Witterungsbeständigkeit und Alterungsbeständigkeit, das Leben im Allgemeinen 2 bis 3 mal der Stahl.
3.6 Hochtemperaturleistung
Die Leistung von Kohlefasern unter 400 ° C bleibt sehr stabil und ändert sich bei 1000 ° C nicht stark.
3.7 Gute Ermüdungsbeständigkeit
Kohlefaser-Verstärkungsfasern aufgrund von Ermüdungsrisswachstum behindert haben, die eine stabile Struktur sind Ermüdungseigenschaften bis zu 70% bis 80% der Kohlenstofffaser, wird das Verbundmaterial aus einem zyklischen Belastungsermüdungstest millionenfach hergestellt, die Festigkeitsretentionsrate immer noch 60%, während der aus Stahl und Aluminium von 40% und 30% bzw. lediglich 20% Glasfaser und 25% Daher ist die Anti-Ermüdungs-Eigenschaften für das Kohlefaser-Verbundmaterial ist weit verbreitet in der Automobilindustrie verwendet.
4 Ökonomische Analyse für neue Energie-Pkw
Durch die Verwendung von Kohlefaser kann das Gewicht der Karosserie um mehr als 50% reduziert werden.Am Beispiel des Gewichtsverlusts von 100 kg an einem typischen A-Klasse Fahrzeug ist die Bedeutung der Fahrzeuggewichtsreduzierung sehr offensichtlich und kann aus den folgenden Aspekten herausgearbeitet werden: 1 Für 1 Satz 300km, Passagierladekapazität von 45 kW · h, die Industrieexperten, um "Gewichtsverlust pro 100 kg, was eine Steigerung von etwa 8% des Driving Range Berechnungen, der gleiche Fahrbereich der Fahrt kann die installierte Leistung von 3,6 kW reduzieren · h, Batteriespar kostet etwa 06.000 Yuan; ② Reisen 400.000 km im Lebenszyklus, in Übereinstimmung mit einem Durchschnitt von 0,9 Yuan Strom / kWh berechnet, kann das Fahrzeug Strom Lifecycle 400000/100 × 1,2 × 0,9 = 0.432.000 speichern ( 100 km sparen Leistung 1,2 kW Berechnung · h); ③ wegen Kohlefasermaterialien zur Fahrzeugproduktion Skala von 50.000 beispielsweise der Sparanlageprozess, Investitionen in Ausrüstungen, die wirtschaftliche Äquivalent von Elektrofahrzeugen in jedem Auto zu konvertieren Amortisierung ersparte etwa 2.000 Yuan, 4, weil der Prozess gestrafft ist, die Personalkosten mindestens 1.000 Yuan / Taiwan sparen.
Für die oben genannten Punkte können die durchschnittlichen Kosten pro Fahrzeug bei 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 Millionen Yuan eingespart werden, aber diese Kosten sind nicht ausreichend, um den Anstieg der Kosten des Materials selbst durch die Einführung von Kohlefaser auszugleichen Es gibt immer noch ein großes Problem in der Anwendung der Karosserie: Wenn wir eine leichte Karosserie fördern wollen, können wir nur anfangen, den Input des Prozesses und der Ausrüstung zu reduzieren, die jedes Auto einen Durchschnitt von 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 1.332 sparen kann Millionen Yuan Kosten, aber diese Kosten sind nicht genug, um den Anstieg der Kosten des Materials selbst aufgrund der Einführung von Kohlefaser auszugleichen.Es ist ersichtlich, dass die Anwendung von Kohlefaser-Karosserie immer noch ein großes Problem ist.
Wenn Sie eine leichte Karosserie fördern möchten, können Sie nur damit beginnen, die Investition in Prozess und Ausrüstung zu reduzieren.
Wenn die Auto-Massenproduktion von Kohlefaser-Körper, die Kosten für Kohlefaser-Material selbst wird auch stark reduziert werden, der gesamte Industrie-Effekt ist auch ziemlich groß, die wirtschaftlichen Vorteile werden offensichtlicher.Diese werden nur aus der Perspektive der Kohlefaser analysiert, wenn Sie Aluminiumlegierung Karosserie Reduzierung betrachten Der 50 kg schwere Faktor wird aus dem gleichen Grund überlagert und der wirtschaftliche Effekt ist offensichtlich.
5 Entwicklungstrends für Fahrzeugkarosserien
Angesichts der Eigenschaften von kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen wird dieser Materialtyp zunehmend von Automobilherstellern favorisiert.Es wird geschätzt, dass der Kohlenstofffaserverbrauch im Automobilsektor mit einer durchschnittlichen jährlichen Rate von 34% wächst und bis 2020 23.000 Tonnen erreichen wird. 2 ist eine Roadmap für die Entwicklung von kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen für Fahrzeugkarosserien.
Derzeit werden kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe vor allem für Karosserieteile, Verkleidungen und Strukturbauteile von Automobilen verwendet, so hat BMW beispielsweise eine Vielzahl von Kohlefaserverbundwerkstoffen für die Herstellung von Karosseriestrukturen in verschiedenen Modellen eingesetzt In wichtigen Momenten im Automobilbau kommen Carbonfaserverbundwerkstoffe zum Einsatz, gleichzeitig arbeiten BMW und die deutsche SGL Corporation zusammen, um 100 Millionen Euro in die Entwicklung kostengünstiger Carbonfasern zu investieren und die Carbonfaserproduktion von 3.000 Tonnen pro Jahr auf 9.000 Tonnen zu steigern. Erfüllen Sie die steigende Nachfrage nach Elektroautos und anderen Modellen der BMW i Serie.
6 Fazit
Zusammengefasst für seine einzigartigen Leistungsvorteile eine wichtige Richtung für die Entwicklung von Kohlenstoff-Faserverbundharzmatrix (CFK) verstärkt das nächste Auto zu werden und neue Materialien. Doch dieses Material, um die Verwendung des Automobilsektors zu fördern, müssen auch aus den folgenden Aspekten starten Durchführung von Forschungsarbeiten kollaborative Entwicklung: ① weiter versuchen, niedriger Kosten Kohlefaser-Vorläufer, ② die Entwicklung von Kohlefaser neuen Technologien, wie zum Beispiel Stabilisierungstechnik Vorläufermaterial, ③ Carbonfaserproduktion Prozessparameter zu optimieren oder mit Kohlenstoff-Nanofasern, um weiter das CFK-Verbundmaterial zu verbessern Leistung; CFRP Artikel Formherstellungstechniken, wie beispielsweise bilden schnell härtende Techniken ④ effizient und effektiv entwickeln, die Verbundmaterialflusssteuerungstechnik; ⑤ verschiedene Computersimulationsanalyse unter Verwendung von (CAE) Auswahl Kohlefaser-Verbundmaterial, und zur Optimierung des Formprozesses Parameter.