A fibra de carbono é geralmente combinada com resina epóxi para formar um material composto.Este material compósito herda uma série de vantagens, como maior resistência específica, módulo específico, resistência à fadiga e resistência ao choque de fibra de carbono.Em simultâneo, herda epóxi. desenho formulação de resina flexível, características de aplicação específica e forte em comparação com a estrutura da liga, o material compósito de fibra de carbono, o efeito de redução do peso pode chegar a 20% a 40%, em comparação com peças metálicas de aço, de perda de peso do material compósito de fibra de carbono até um máximo de 60% para 80% utilizando o material compósito de fibra de carbono, não só reduzir a qualidade do veículo, e também até certo ponto, afectam o processo de fabricação de automóveis alterações.
1 tipo de processo
fibra de carbono reforçado compósitos com matriz de polímero (Carbon Fiber Reinforced Polymers, CFRP), refere-se a uma fibra de carbono como uma fase de material de reforço e uma resina de materiais compósitos termoplásticos ou termoendurecíveis de material compósito de CFRP prepreg arte fabricado inclui moldagem e moldando o líquido processo, de fibra de carbono reforçado análise como mostrado na tabela 1 tipo de materiais compósitos a tecnologia à base de polímero comparativo.
2 Tecnologia de montagem e montagem automotiva
A montagem de peças automotivas compostas e a conexão entre peças compostas e partes metálicas são problemas inevitáveis.O material compósito é anisotrópico, com baixa resistência interlaminar e baixa ductilidade, fazendo o projeto das juntas compostas. A análise é muito mais complicada do que o metal, e a conexão entre as tradicionais peças de metal na indústria automotiva não é adequada para a conexão de materiais compostos, portanto, é crucial entender e melhorar os métodos de conexão e fixação de materiais compósitos automotivos e fazer escolhas razoáveis.
Uma vez que a abertura para interromper a continuidade das fibras, o que resulta em concentração de tensões locais. Compósitos toda porção de ligação é tipicamente, o elo mais fraco na estrutura, por conseguinte, é crítico para assegurar o design da estrutura compósita força de ligação. Conexão compósitos é dividido em três categorias, isto é colado ligação, uma ligação mecânica que liga os dois mistura e para compósitos termoplásticos, e técnicas de soldadura. compósitos arte projeta ligação tem de ser determinada, dependendo do uso e os requisitos de concepção membro.
Conexão 2.1 colada
Em comparação com a ligação mecânica, a técnica de ligação adesiva principal vantagem é a concentração de tensão causado nenhum buraco, reduzir a massa estrutural, anti-fadiga, um bom amortecimento e propriedades isolantes, a aparência lisa, processo de ligação é simples, não há problemas de corrosão galvânica. no entanto, a técnica de ligação tem algumas desvantagens, tais como colagem de qualidade difícil controlar a dispersão da força de ligação é relativamente grande, a falta de método de ensaio fiável, tratamento de superfície e um processo de ligação de superfícies de ligação exigentes, etc., o corpo compósito de fibra de carbono, goma O principal método de conexão.
2.2 Conexão Mecânica
É usado geralmente rebites de ligação mecânicos e parafusos, são utilizados mais frequentemente como uma ligação. A principal vantagem da ligação mecânica é uma alta ligação fiabilidade, de reparação ou de substituição poderá ser repetido de montagem e desmontagem, que não exige tratamento de superfície, a comparação do impacto ambiental pequena, etc. a principal desvantagem da ligação mecânica é um aumento na massa, vai fazer com que a concentração de tensões, o material compósito em contacto com os problemas de corrosão electroquímica do metal. rebitagem e aparafusamento a comparação da Figura 1.
2.3 Conexão Híbrida
A fim de melhorar a segurança e a integridade da ligação, em algumas articulações importantes, normalmente misturado enquanto colagem ligação e ligação mecânica, todo o proveito dos dois tipos de ligações, o local de ligação para garantir suficiente resistência e maior Confiabilidade
2.4 Soldagem
tecnologias de soldagem são aplicadas ao membro compito termopltico, o seu princípio básico é que a superfície do material fundido aquecido resina termoplástica composta, e pressionando a sobreposição, de modo ligado integralmente soldada principal soldadura ultra-sónica, soldadura por indução, soldadura por resistência e três tipos . vantagem como soldadura bons resultados de ligação e de ciclo curto, sem tratamento de superfície, a força de ligação elevada, stress e pequeno; deficiência é facilmente desmontado necessário adicionar um material condutivo ou um fio de metal, etc. Além disso, num elemento estrutural material compósito moldado. processo, pode ser incorporado na pré-forma de fibra em um elemento metálico de ligação, após a formação do material compósito e o elemento de metal integralmente incorporado entre os elementos compostos podem ser ligados por um membro de metal embutida, maquinada de modo a evitar danos para o material compósito.
3 vantagens da aplicação para automotivo
Na escolha de materiais automotivos é preciso considerar uma série de fatores, tais como propriedades mecânicas, leve, estabilidade do material, o design e capacidade de processamento do material, etc. Cada um desses fatores terá sobre a não-automotivo design, produção, vendas, utilização, etc. influência negligenciável. nos últimos anos, fibra de carbono reforçada compósitos de matriz de polímero (polímeros reforçados de fibra de carbono, CFRP) com as suas características de desempenho únicas, tornou-se popular material de novo a atenção automóvel. em comparação com outros materiais automotivos, fibra de carbono reforçada polímero Compósitos com matriz de material têm as seguintes vantagens.
3.1 Excelentes propriedades mecânicas
fibra de carbono densidade carro material compósito de matriz de resina reforçada (CFRP) é de 1,5 ~ 2 g / cm3, somente aço carbono comum de 1/4 a 1/5, cerca de um terço mais leve do que o alumínio, mas o material compósito de fibra de carbono propriedades mecânicas significativamente melhores do que o material metálico, a resistência à tracção do aço é de 3 a 4 vezes a resistência à fadiga do aço e de alumínio é de 30% a 50% da resistência à tracção, o CFRP pode atingir 70% a 80%. ao mesmo tempo, O CFRP também possui melhores características de amortecimento de vibrações do que metais leves, por exemplo, ligas leves exigem 9 segundos para parar a vibração, enquanto os compostos de fibra de carbono podem parar por 2 segundos, com maior força específica e módulo específico.
3.2 Designável
material compósito de fibra de carbono podem ser fácil de conceber, pode ser uma escolha razoável de material de matriz com base em requisitos de desempenho, configurada na forma da disposição do desenho das fibras e compósitos, design de produto flexível. Por exemplo, a fibra de carbono de acordo com o sentido da força estão dispostos, pode ser suficientemente A anisotropia da resistência do material compósito pode ser explorada para atingir o propósito de economia de material e redução de qualidade.Para os produtos que exigem resistência à corrosão, o material de base com boa resistência à corrosão pode ser selecionado durante o projeto.
3.3 pode conseguir manufatura integrada
Modularização e integração também são tendências no desenvolvimento de estruturas automotivas, sendo fáceis de moldar em superfícies curvas de várias formas quando são moldadas, permitindo a fabricação integrada de produtos de autopeças.A moldagem integrada pode não apenas reduzir o número de peças e moldes o número de partes para reduzir os processos de ligação, mas também pode reduzir significativamente o ciclo de produção. Por exemplo, se um módulo dianteira do carro feitos de materiais compósitos de fibra de carbono, podem ser implementados integralmente moldada integralmente, e evitar o processamento subsequente partes subsequente local de metal soldadas produzidas Concentração de tensão, garantindo a precisão do produto e melhorando o desempenho, reduz a qualidade das peças de automóveis e reduz os custos de fabricação.
3.4 Absorção de Energia e Resistência ao Impacto
A fibra de carbono material compósito de matriz de resina reforçada (CFRP), que tem um certo viscoelasticidade e um ligeiro movimento relativo entre as fibras de carbono parciais e uma matriz, a interface de atrito podem ser gerados. Na efeito sinérgico de atrito interface e viscoelástico, tendo artigos de CFRP melhor resistência ao impacto de absorção de energia. por outro lado, a fibra de carbono material compósito energia de colisão estrutura de um tecido especial cortado em pedaços mais pequenos em uma colisão de alta velocidade de absorção, absorver uma grande quantidade de energia de impacto, a capacidade de absorção de energia do que o material metálico 4 a 5 vezes, pode efetivamente melhorar a segurança do veículo e garantir a segurança dos membros.
3,5 boa resistência à corrosão
de material compósito com matriz de polímero reforçado de fibra de carbono composta principalmente de estopa de fibra de carbono e o material de resina com ácido excelente e resistência aos produtos alcalinos, com os seus componentes para automóveis de fabrico, sem a necessidade de tratamento a corrosão da superfície, uma melhor resistência às condições atmosféricas e resistência ao envelhecimento, a vida em geral 2 a 3 vezes o aço.
Desempenho de alta temperatura 3.6
O desempenho da fibra de carbono abaixo de 400 ° C permanece muito estável e não muda muito a 1 000 ° C.
3.7 Boa resistência à fadiga
fibras de refor de fibra de carbono têm dificultado devido ao crescimento das fissuras de fadiga, que é um estáveis as propriedades de fadiga estrutura-se 70% a 80% de fibra de carbono, o material compósito é feito de um teste cíclico fadiga estresse milhões de vezes, a taxa de retenção da resistência ainda de 60%, enquanto que o aço e de alumínio de 40% e 30%, respectivamente, apenas 20% de fibra de vidro e 25% Assim, as propriedades anti-fadiga para o material compósito de fibra de carbono amplamente utilizados na indústria automóvel.
4 Análise Econômica para Veículos Novos de Passageiros de Energia
Uma vez que as referências das fibras de carbono, a perda de peso do corpo pode ser de 50% ou mais, para o 100 kg típico Um modelo de nível de perda de peso corporal por exemplo, o peso do veículo é significado muito óbvio, pode ser ligeiramente estabelecido nos seguintes aspectos: ① continuou durante uma estação 300 km de condução, a capacidade de carregamento de passageiros de 45 kW-h, os especialistas da indústria, a fim de 'perda de peso por 100 kg, um aumento de cerca de 8% do intervalo de condução' cálculos, o mesmo intervalo de condução pode reduzir a potência instalada de 3.6kW · h, de economia de bateria custo cerca de 06.000 yuan; ② viajando 400.000 km no ciclo de vida, de acordo com uma média de 0,9 yuan electricidade / kW-h calculados, o veículo pode economizar electricidade ciclo de vida 400000/100 × 1,2 × 0,9 = 0432000 ( 100 km salvar computação 1.2KW poder · h); ③ porque de materiais de fibra de carbono para a escala de produção de veículos de 50.000 por exemplo, o processo de investimento poupança, o investimento no equipamento para converter o equivalente económico de veículos eléctricos em cada carro Amortização salvou cerca de 2.000 yuan, 4 porque o processo é simplificado, os custos de pessoal, pelo menos, salvar 1.000 yuan / Taiwan.
Acima do número total de itens, cada carro pode poupar em custos médios + 0,2 0,6 + 0,1 + 0,432 = 13,320 yuan, mas estes custos défice de si, aumenta o custo devido à introdução de material de fibra de carbono interposto. Assim, as fibras de carbono corpo de aplicação ainda há grandes problemas. Se você quer promover corpo leve, só pode começar a partir do processo de investimento e reduzindo o equipamento acima do número total de itens, cada carro pode salvar uma média de 0,6 + 0,2 + 0,1 = 0,432 + 1,332 dez mil yuan custo, mas não o suficiente para compensar esses custos em si por causa do aumento do custo de materiais em fibra de carbono traz. Assim, a aplicação do corpo de fibra de carbono ainda está lá é um grande problema.
Se você quer promover corpo leve, só pode começar a partir do processo de investimento e equipamentos de redução.
Se os veículos para atingir uma produção em massa de corpo de fibra de carbono, material de fibra de carbono em si vai custar um declínio significativo, o efeito da indústria é bastante enormes benefícios econômicos será mais evidente. Estas são apenas a partir da perspectiva de análise de fibra de carbono, se considerarmos a desaceleração do veículo de alumínio factores pesando 50 kg, e pela mesma razão sobreposição para a frente, o efeito económico é auto-evidente.
5 tendências para o corpo
Em vista das características de fibra de carbono reforçado materiais compósitos, tais materiais tem sido cada vez mais favorecido pelos fabricantes de automóveis. Estima-se que, no campo automóvel, a quantidade de fibras de carbono está a crescer a uma taxa anual de 34%, de 2,3 a 2020 toneladas. A FIG. 2 é uma fibra de carbono reforçado roteiro material composto por um corpo do veículo.
Actualmente, fibra de carbono compósitos reforçados são utilizados principalmente na painéis de corpo, a decoração do corpo do carro e as partes estruturais. Por exemplo, tem sido BMW extensa utilização da estrutura do corpo material compósito de fibra de carbono no seu desenvolvimento de uma variedade de modelos, tornou-se material compósito de fibra de carbono utilizada no momento importante na fabricação de automóveis. ao mesmo tempo, a BMW também a cooperação com o SGL empresa alemã (SGL), o investimento de 100 milhões de euros de fibras de carbono de baixo custo e produção de fibras de carbono de R & D aumentado a cada ano desde 3000t para 9000T, a para atender a crescente demanda para a série BMW i de carros elétricos e outros veículos.
6 Conclusão
Em resumo, compósitos de matriz de resina reforçados com fibra de carbono (CFRP) se tornaram uma importante direção de desenvolvimento para futuros novos materiais automotivos com suas vantagens exclusivas de desempenho, mas para promover a aplicação deste material no campo automotivo também precisa partir dos seguintes aspectos: Realizar pesquisa e desenvolvimento colaborativos em produção, pesquisa e pesquisa: 1 Procurar novos precursores de fibra de carbono; 2 Desenvolver novos processos para fabricação de fibra de carbono, como estabilização de materiais precursores; 3 Otimizar parâmetros de processo de fabricação de fibra de carbono ou usar fibras de carbono para melhorar ainda mais os compostos CFRP. Desempenho, 4 R & D rápidas, eficazes CFRP parte moldagem tecnologias de fabricação, tais como tecnologia de moldagem rápida solidificação, tecnologia de controle de fluidez material composto, etc, 5 usando tecnologia de simulação de computador (CAE) para selecionar diferentes materiais compósitos de fibra de carbono, e otimizar o processo de moldagem Parâmetros