La fibra de carbono y resina epoxi generalmente incorporados en un material compuesto utilizando un material compuesto de fibra de carbono en sí heredaron fuerte resistencia específica, módulo específico, resistencia a la fatiga y la propiedad de absorción de impactos y una serie de ventajas, pero heredan epoxi diseño formulación de resina flexible, características de aplicación específica y fuerte en comparación con la estructura de la aleación, el material compuesto de fibra de carbono, el efecto de reducción de peso puede llegar a 20% a 40%, en comparación con piezas de metal de acero, la pérdida de peso del material compuesto de fibra de carbono incluso hasta 60% a 80% utilizando el material compuesto de fibra de carbono, no sólo reducir la calidad del vehículo, y también en cierta medida afectar a los cambios en el proceso de fabricación de automóviles.
1 tipo de proceso de
fibra de carbono reforzada compuestos de matriz polimérica (Carbon Fiber Reinforced Polymers, CFRP), se refiere a una fibra de carbono como una fase de material de refuerzo y un material compuesto de resina termoplástica o termoendurecible de arte manufacturado material compuesto preimpregnado CFRP incluye formar y dar forma al líquido proceso, fibra de carbono reforzada análisis como se muestra en la tabla 1 comparativo a base de polímeros de materiales compuestos tipo de tecnología.
Piezas de automóviles arte conjunto de conector 2
ensamblaje combinatorio y la conexión entre el miembro de material compuesto y el elemento de metal entre el miembro de material compuesto es un problema inevitable material compuesto del automóvil se encuentra en una anisotrópico, baja resistencia interlaminar, ductilidad pequeño, por lo que el diseño de las porciones de conector del material compuesto y análisis es mucho más compleja que la conexión metálica entre las partes metálicas de la industria del automóvil no se aplica a conexión compuesta tradicional, por lo tanto, comprender y mejorar los materiales compuestos de automoción de conexión y fijación, y una opción razonable es crucial.
Desde la apertura de interrumpir la continuidad de las fibras, lo que resulta en la concentración de tensión local. Toda Composites parte de conexión es típicamente el eslabón más débil de la estructura, por lo tanto, es crítico para asegurar el diseño estructura compuesta fuerza de la conexión. Conexión Composites se divide en tres categorías, es decir, pegados de conexión, una conexión mecánica que conecta los dos de mezcla y para materiales compuestos termoplásticos, y técnicas de soldadura. compuestos de la técnica diseña conexión necesita ser determinado dependiendo del uso y requisitos de diseño miembro.
2.1 conexión pegada
En comparación con la conexión mecánica, técnica de unión adhesiva principal ventaja es la concentración de esfuerzos causada ningún agujero, reducir la masa estructural, anti-fatiga, buena amortiguación y propiedades aislantes, aspecto liso, proceso de unión es simple, no hay problemas de corrosión galvánica. Sin embargo, la técnica de unión tiene algunas desventajas, tales como encolado calidad difícil de controlar la dispersión de la fuerza de unión es relativamente grande, la falta de método de prueba confiable, tratamiento superficial y proceso de unión de superficies de unión exigentes etc. del cuerpo compuesto de fibra de carbono, goma El método de conexión principal.
2.2 Conexión mecánica
se utiliza generalmente remaches de conexión mecánica y pernos, se usa más comúnmente como una conexión. La principal ventaja de la conexión mecánica es una conexión de alta fiabilidad, reparación o reemplazo se puede repetir el montaje y desmontaje, que no requiere tratamiento de la superficie, la comparación del impacto ambiental pequeña, etc. la principal desventaja de la conexión mecánica es un aumento de masa, hará que la concentración de tensión, el material compuesto en contacto con los problemas de corrosión electroquímica de metal. remachado y atornillar la comparación de la Figura 1.
2.3 Conexión híbrida
Con el fin de mejorar la seguridad y la integridad de la conexión, en algunas articulaciones importantes, por lo general mezclado mientras el encolado de conexión y conexión mecánica, la ventaja completa de los dos tipos de conexiones, el sitio de conexión para asegurar suficiente resistencia y mayor Confiabilidad
2.4 Soldadura
tecnologías de soldadura se aplican al miembro compuesto termoplástico, su principio básico es que la superficie del material calentado fundido de resina termoplástica de material compuesto, y presionando el solapamiento, por lo conectado integralmente soldada soldadura principal ultrasónica, soldadura por inducción, soldadura por resistencia y tres tipos . ventaja como soldadura buenos resultados de conexión y de ciclo corto, sin tratamiento de superficie, de alta resistencia de la unión, el estrés y pequeño; deficiencia se desmonta fácilmente necesario añadir un material conductor o un alambre de metal, etc. Además, en un miembro estructural de material compuesto moldeado. proceso, puede estar incrustado en la preforma de fibra en un elemento de conexión de metal, después de formar el material compuesto y el elemento de metal integralmente incrustado entre los miembros de material compuesto pueden estar conectados por un miembro de metal incrustada, mecanizada con el fin de evitar daños en el material compuesto.
3 ventajas de aplicación para automotriz
Al seleccionar materiales automotrices, hay una serie de factores que deben considerarse, como propiedades mecánicas, peso liviano, estabilidad del material, designación y procesabilidad del material, etc. Cada uno de estos factores dará como resultado el diseño, la producción, la venta y el uso del vehículo. influencia insignificante. en los últimos años, la fibra de carbono reforzado con materiales compuestos de matriz de polímero (fibra de carbono polímeros reforzados, CFRP) con sus características únicas de rendimiento, se ha hecho popular material de atención automóvil nuevo. en comparación con otros materiales de automoción, fibra de carbono polímero reforzado Los materiales compuestos de matriz tienen las siguientes ventajas.
3.1 Excelentes propiedades mecánicas
fibra de carbono densidad de coches de resina reforzada de material compuesto de matriz (CFRP) es 1,5 ~ 2 g / cm3, sólo el acero al carbono ordinario 01/04 a 01/05, aproximadamente un tercio más ligero que el aluminio, pero el material compuesto de fibra de carbono propiedades mecánicas significativamente mejores que el material de metal, la resistencia a la tracción del acero es de 3 a 4 veces la resistencia a la fatiga del acero y de aluminio es de 30% a 50% de la resistencia a la tracción, el CFRP puede alcanzar 70% a 80%. al mismo tiempo, CFRP también tiene mejores características de amortiguación de vibraciones que los metales ligeros. Por ejemplo, las aleaciones ligeras requieren 9 segundos para detener la vibración, mientras que los compuestos de fibra de carbono pueden detenerse durante 2 segundos, con mayor resistencia específica y módulo específico.
3.2 Designable
material compuesto de fibra de carbono puede ser fácil de diseñar, puede ser una elección razonable de material de matriz basado en los requisitos de rendimiento, configurado en forma de la disposición del diseño de las fibras y materiales compuestos, el diseño del producto flexible. Por ejemplo, la fibra de carbono de acuerdo con la dirección de la fuerza están dispuestos, puede ser suficientemente La anisotropía de la resistencia del material compuesto puede aprovecharse para lograr el objetivo de ahorro de material y reducción de calidad. Para los productos que requieren resistencia a la corrosión, se puede seleccionar el material de base con buena resistencia a la corrosión durante el diseño.
3.3 puede lograr la fabricación integrada
La modularización y la integración también son tendencias en el desarrollo de estructuras automotrices.Los compuestos son fáciles de formar en superficies curvas de varias formas cuando se moldean, lo que permite la fabricación integrada de productos de autopartes. El moldeado integrado no solo puede reducir el número de piezas y moldes. El número de componentes y el proceso de reducción de conexiones de componentes también pueden acortar el ciclo de producción. Por ejemplo, si el módulo frontal de automóvil está hecho de material compuesto de fibra de carbono, puede formarse e integrarse integralmente, evitando la soldadura parcial subsiguiente y el posterior procesamiento de las piezas metálicas. La concentración de estrés, al tiempo que garantiza la precisión del producto y mejora el rendimiento, reduce la calidad de las piezas de automóvil y reduce los costos de fabricación.
3.4 Absorción de energía y resistencia al impacto
La fibra de carbono de resina reforzada de material compuesto de matriz (CFRP) que tiene un cierto viscoelasticidad y un ligero movimiento relativo entre las fibras de carbono parciales y una matriz, la interfaz de fricción puede ser generada. En el efecto sinérgico de fricción de interfaz y viscoelástica, que tiene artículos de CFRP Mejor absorción de energía y resistencia al impacto Por otro lado, la estructura absorbente de energía de choque compuesta de fibra de carbono especialmente absorbida se rompe en trozos más pequeños en colisiones de alta velocidad, absorbe una gran cantidad de energía de impacto y tiene una mayor capacidad de absorción de energía que los materiales metálicos. De 4 a 5 veces, puede mejorar efectivamente la seguridad del vehículo y garantizar la seguridad de los miembros.
3.5 Buena resistencia a la corrosión
material compuesto de matriz de polímero reforzado con fibra de carbono compuesta principalmente de estopa de fibra de carbono y el material de resina con ácido excelente y resistencia a los álcalis, con sus componentes de automoción fabricación sin necesidad de tratamiento corrosión de la superficie, mejor resistencia a la intemperie y resistencia al envejecimiento, la vida en general 2 a 3 veces el acero.
3.6 rendimiento a alta temperatura
El rendimiento de la fibra de carbono por debajo de 400 ° C sigue siendo muy estable y no cambia mucho a 1 000 ° C.
3.7 Buena resistencia a la fatiga
fibras de refuerzo de fibra de carbono han obstaculizado debido al crecimiento de grieta de fatiga, que es un estables propiedades de fatiga de la estructura hasta 70% a 80% de fibra de carbono, el material compuesto está hecho de un ensayo cíclico de fatiga por esfuerzo millones de veces, la tasa de retención de resistencia todavía 60%, mientras que el acero y el aluminio de 40% y 30%, respectivamente, sólo el 20% de fibra de vidrio y 25% por lo tanto, las propiedades anti-fatiga para el material compuesto de fibra de carbono ampliamente utilizados en la industria automotriz.
4 Análisis económico para vehículos de pasajeros de nueva energía
Dado que las fibras de carbono referencias, pérdida de peso corporal puede ser de 50% o más, a la pérdida de peso corporal de 100 kg típico Un modelo de nivel como un ejemplo, el peso del vehículo es significado muy obvio, puede ser ligeramente se expone en los siguientes aspectos: ① continuado para una estación 300 kilometros de conducción, la capacidad de carga del pasajero de 45 kW · h, los expertos de la industria con el fin de 'pérdida de peso por 100 kg, un aumento de aproximadamente 8% de la gama de conducción' cálculos, el mismo campo de prácticas puede reducir la potencia instalada de 3.6kW · h, de ahorro de batería costo aproximadamente 06.000 yuanes; ② viaja a 400.000 km en el ciclo de vida, de acuerdo con un promedio de 0,9 yuanes electricidad / kWh calculados, el vehículo puede ahorrar energía eléctrica de ciclo de vida 400000/100 × 1,2 × 0,9 = 0,432 millones de dólares ( 100 kilometros guardar el cálculo de 1,2 kW de potencia · h); ③ debido a los materiales de fibra de carbono a escala la producción de vehículos de 50000 por ejemplo, el proceso de inversión de ahorro, la inversión en equipos para convertir el equivalente económico de vehículos eléctricos en cada coche La amortización ahorró alrededor de 2.000 yuanes, 4 porque el proceso se simplifica, los costos de personal al menos ahorran 1.000 yuanes / Taiwán.
Sobre el número total de artículos, cada vehículo puede ahorrar en costes medios de 0,6 + 0,2 + 0,1 + 0.432 = 13.320 yuanes, pero estos costos déficit en sí mismo aumenta el coste debido a la introducción de material de fibra de carbono traído. Así, las fibras de carbono el cuerpo de la solicitud todavía hay grandes problemas. Si usted quiere promover cuerpo ligero, sólo puede comenzar desde el proceso de inversión y la reducción de los equipos por encima del número total de elementos, cada vehículo puede ahorrar un promedio de 0,6 + 0,2 + 0,1 = 0,432 + 1,332 Costo de millones de yuanes, pero estos costos no son suficientes para compensar el aumento en el costo del material en sí debido a la introducción de fibra de carbono. Se puede observar que la aplicación del cuerpo de fibra de carbono todavía tiene un gran problema.
Si desea promocionar un cuerpo liviano, solo puede comenzar reduciendo la inversión en procesos y equipos.
Si los vehículos para lograr la producción en masa de cuerpo de fibra de carbono, material de fibra de carbono en sí costará un descenso significativo, el efecto de la industria es bastante enormes beneficios económicos serán más evidentes. Estas son sólo desde la perspectiva de análisis de la fibra de carbono, si tenemos en cuenta la desaceleración del vehículo de aluminio El factor que pesa 50 kg se superpone por la misma razón y el efecto económico es evidente.
5 Tendencias de desarrollo para el cuerpo del vehículo
En vista de las características de la fibra de carbono materiales compuestos reforzados, tales materiales se ha visto favorecido cada vez más por los fabricantes de automóviles. Se estima que, en el campo de la automoción, la cantidad de fibras de carbono está creciendo a un ritmo anual de 34%, 2,3 a 2.020 toneladas. FIG. 2 es una hoja de ruta para el desarrollo de compuestos reforzados con fibra de carbono para carrocerías de automóviles.
Actualmente, de fibra de carbono compuestos reforzados se utilizan principalmente en el paneles de la carrocería, decoración de la carrocería y partes estructurales. Por ejemplo, BMW ha sido extenso uso de la estructura del cuerpo de material compuesto de fibra de carbono en su desarrollo de una variedad de modelos, se ha convertido material compuesto de fibra de carbono utilizada en momento importante en la fabricación de automóviles. al mismo tiempo, BMW también aún más la cooperación con el SGL empresa alemana (SGL), la inversión de 100 millones de euros de fibras de carbono de bajo costo y producción de fibra de carbono de R & D aumentó cada año desde 3000T a 9000T, a Conoce la creciente demanda de automóviles eléctricos de la serie i de BMW y otros modelos.
6 Conclusión
En resumen, una dirección importante para el desarrollo de la fibra de carbono reforzado con materiales compuestos de matriz de resina (CFRP) por sus ventajas de rendimiento única de convertirse en la próxima coche y nuevos materiales. Sin embargo, este material con el fin de promover el uso del sector del automóvil, también es necesario para comenzar a partir de los siguientes aspectos llevar a cabo la investigación del desarrollo de colaboración: ① buscar más inferiores precursores de fibra de carbono de costos; ② el desarrollo de nueva tecnología de fibra de carbono, tales como material precursor técnica de estabilización; ③ optimización de los parámetros del proceso de producción de fibra de carbono o el uso de nanofibras de carbono, para mejorar aún más el material compuesto CFRP rendimiento; ④ desarrollar técnicas de fabricación eficientes y eficaces CFRP moldeo artículo, tales como técnicas de formación de curado rápido, la tecnología de control de flujo de material compuesto; ⑤ usando diferentes análisis de simulación por ordenador la selección del material compuesto de fibra (CAE) de carbono, y optimizar el proceso de moldeo Parámetros