Koolstofvezel wordt meestal gecombineerd met epoxyhars om een samengesteld materiaal te vormen. Dit composietmateriaal erft een reeks voordelen zoals specifieke sterkte, specifieke modulus, vermoeidheidsterkte en energieabsorptie en schokbestendigheid van koolstofvezel zelf. Tegelijkertijd neemt het epoxy over. Resinformuleontwerp is flexibel en divers en de toepassing is gericht. Vergeleken met structurele delen van aluminiumlegeringen, kan het gewichtsverminderende effect van koolstofvezelcomposieten 20% tot 40% bereiken. In vergelijking met stalen metalen onderdelen kan het gewichtsverminderende effect van koolstofvezelcomposietmaterialen 60% tot 80% bedragen. Het gebruik van koolstofvezelcomposietmaterialen Niet alleen heeft het de kwaliteit van het hele voertuig verminderd, maar het heeft ook het autoproductieproces tot op zekere hoogte beïnvloed en veranderd.
1 Proces type
Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) verwijst naar een materiaal dat wordt verkregen door koolstofvezels te combineren als een versterkende fase met een thermoplastisch of thermohardend harsmateriaal. De fabricagetechnologie van CFRP-composieten omvat hoofdzakelijk prepreg- en vloeistofvormende processen. De vergelijkende analyse van de procestypes koolstofvezelversterkte polymeermatrixcomposieten is weergegeven in Tabel 1.
2 Verbindingstechniek voor auto-onderdelenverbindingen
De gecombineerde assemblage tussen samengestelde auto-onderdelen en de verbinding tussen composietonderdelen en metalen componenten is een onvermijdelijk probleem. Het composietmateriaal is anisotroop, de tussenlaagsterkte is relatief laag en de ductiliteit is klein, wat het ontwerp en de analyse van de composietverbindingen veel ingewikkelder maakt dan het metaal. De verbinding tussen de traditionele metalen onderdelen van de auto-industrie is niet van toepassing op de composietmaterialen. Verbindingen, daarom is het van cruciaal belang om de manier waarop automotive-composieten worden samengevoegd en beveiligd, te begrijpen en te verbeteren.
Lokale stressconcentratie wordt veroorzaakt door de continuïteit van de gebroken vezels. Samengestelde voegen zijn meestal de zwakste schakel in de totale structuur, dus het waarborgen van gezamenlijke sterkte is de sleutel tot composietconstructieontwerp. Composietmaterialen zijn hoofdzakelijk verdeeld in drie categorieën, namelijk gelijmde verbindingen, mechanische verbindingen en hybride verbindingen van de twee. Voor thermoplastische composieten zijn er ook lastechnieken. Samengesteld ontwerp van gezamenlijke technologie moet worden bepaald op basis van het specifieke gebruik van de component- en ontwerpvereisten.
2.1 lijmverbinding
Vergeleken met de mechanische verbinding, is het belangrijkste voordeel van de verbindingstechnologie dat er geen spanningsconcentratie door de opening wordt veroorzaakt, de structuurkwaliteit wordt verminderd, de moeheidsweerstand, de trillingsdemping en de isolatieprestaties goed zijn, is het verschijning vlot en glad, het verbindingsproces is eenvoudig en er is geen elektrochemisch corrosieprobleem. De verbindingstechnologie heeft echter ook enkele tekortkomingen, zoals problemen bij de kwaliteitscontrole van de hechting, grote dispersie van bindingssterkte, gebrek aan betrouwbare inspectiemethoden, strikte vereisten voor oppervlaktebehandeling en verbindingsproces van het hechtoppervlak. Voor koolstofvezel composiet body is lijm de belangrijkste verbinding.
2.2 Mechanische verbinding
Mechanische verbindingen maken meestal gebruik van klinknagels en bouten en zijn het meest voorkomende type verbinding. Het belangrijkste voordeel van de mechanische verbinding is de hoge betrouwbaarheid van de verbinding, de herhaalde demontage en montage tijdens onderhoud of vervanging, de noodzaak om het oppervlak te behandelen en de impact op het milieu is relatief klein. Het belangrijkste nadeel van mechanisch verbinden is dat het de kwaliteit verhoogt, stressconcentratie veroorzaakt en elektrochemische corrosie veroorzaakt in contact met het composiet. De vergelijking van de klinknagelverbinding en de boutverbinding wordt getoond in figuur 1.
2.3 Gemengde verbinding
Om de veiligheid en integriteit van de verbinding te verbeteren, wordt in sommige belangrijke aansluitingsonderdelen meestal de hybride verbindingsmethode voor lijmverbinding en mechanische verbinding gebruikt, en worden de voordelen van de twee verbindingsmethoden volledig benut om te zorgen voor voldoende kracht en hoog verbindingspunt. betrouwbaarheid.
2.4 Lassen
Lastechniek wordt voornamelijk toegepast op thermoplastische composietonderdelen. Het basisprincipe is om de hars op het oppervlak van de gesmolten thermoplastische composiet te verwarmen en vervolgens op druk te brengen en deze samen te voegen. Er zijn drie hoofdmethoden voor het lassen: ultrasoon lassen, elektrisch inductielassen en weerstandslassen. De voordelen van lassen zijn een goed verbindingseffect en een korte cyclus, geen oppervlaktebehandeling, hoge gewrichtssterkte, lage spanning, enz .; het nadeel is dat het niet gemakkelijk is om te demonteren, en het is nodig om geleidende materialen of draden toe te voegen. Bovendien kan in het vormproces van het samengestelde constructiedeel de metalen connector worden ingebed in de vezelvoorvorm, en worden het composietmateriaal en de met metaal ingebedde component geïntegreerd na het vormen en kan de composietcomponent worden verbonden door het metaal dat is ingebed component om machinaal bewerkte composieten te vermijden.
3 Toepassingsvoordelen voor auto's
Een aantal factoren moet worden overwogen bij het selecteren van automobielmaterialen, zoals mechanische eigenschappen, lichtgewicht, materiaalstabiliteit, materiaalontwerpen en verwerkbaarheid. Elke factor heeft een aanzienlijke impact op het ontwerp, de productie, de verkoop en het gebruik van de auto. In de afgelopen jaren is Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) een nieuw automa- tisch materiaal geworden met zijn unieke prestatiekenmerken. Met koolstofvezel versterkte polymeermatrixcomposieten hebben de volgende voordelen ten opzichte van andere automobielmaterialen.
3.1 Uitstekende mechanische eigenschappen
Het met koolstofvezel versterkte harsmatrixsamenstelling (CFRP) heeft een dichtheid van 1,5 tot 2 g / cm3, wat slechts 1/4 tot 1/5 van gewoon koolstofstaal is, en is ongeveer 1/3 lichter dan aluminiumlegering, maar koolstofvezel composietmateriaal De uitgebreide mechanische eigenschappen zijn aanzienlijk beter dan die van metalen materialen, en de treksterkte is 3 tot 4 maal die van staal. De vermoeiingssterkte van staal en aluminium is 30% tot 50% van de treksterkte, terwijl CFRP 70% tot 80% kan bereiken. Tegelijkertijd heeft CFRP ook betere trillingsdempende eigenschappen dan licht metaal. Lichte legering heeft bijvoorbeeld 9 s nodig om trillingen te stoppen. Het koolstofvezelcomposietmateriaal kan gedurende 2 seconden worden gestopt en de specifieke sterkte en specifieke modulus zijn hoog.
3.2 Ontwerpbaar
Het koolstofvezelcomposietmateriaal heeft een sterke ontwerpbaarheid en kan het basismateriaal redelijk selecteren op basis van de prestatie-eis, de opstelling van de vezels en de structurele vorm van het composietmateriaal ontwerpen en het product flexibel ontwerpen. Door bijvoorbeeld de koolstofvezels in de richting van de kracht te plaatsen, kan de anisotropie van de sterkte van het composietmateriaal volledig worden benut, waardoor het doel wordt bereikt van het besparen van materialen en het verminderen van de kwaliteit. Voor producten die corrosieweerstand vereisen, kan een basismateriaal met goede corrosiebestendigheid worden geselecteerd voor ontwerp.
3.3 Geïntegreerde productie is mogelijk
Modulariteit en integratie zijn ook een ontwikkelingstrend van de automobielstructuur. Composietmaterialen kunnen tijdens het vormen gemakkelijk gebogen oppervlakken van verschillende vormen vormen, waardoor de geïntegreerde productie van auto-onderdelen mogelijk is. Geïntegreerde vorming kan niet alleen het aantal onderdelen en het aantal vormen verminderen, het aantal onderdelen en andere processen verminderen, maar ook de productiecyclus aanzienlijk verkorten. Als de front-endmodule van de auto bijvoorbeeld is gemaakt van koolstofvezelcomposietmateriaal, kan deze een integraal geïntegreerd vormstuk realiseren, waarbij plaatselijke spanningsconcentratie wordt vermeden die wordt veroorzaakt door daaropvolgend kleermakerslassen en daaropvolgende verwerking van metalen onderdelen, en het verkleinen van automobieldelen terwijl productprecisie wordt gegarandeerd en het verbeteren van de prestaties. Kwaliteit, verlaging van productiekosten.
3.4 Energie-absorptie en slagvastheid
Het met koolstofvezel versterkte harsmatrixsamenstelling (CFRP) heeft een zekere visco-elasticiteit en er is een geringe lokale relatieve beweging tussen de koolstofvezel en de matrix, die grensvlakfrictie kan genereren. Onder de synergie van visco-elasticiteit en grensvlakfrictie hebben CFRP-onderdelen een betere energieabsorptie en slagvastheid. Aan de andere kant breekt de speciaal geweven koolstofvezel composiet botsingsenergie absorberende structuur in kleinere fragmenten bij een botsing met hoge snelheid, absorbeert een grote hoeveelheid impactenergie, en zijn energieabsorptiecapaciteit is 4 tot 5 keer hoger dan die van metalen materialen, die het voertuig effectief kan verbeteren. Beveiliging om de veiligheid van leden te beschermen.
3.5 Goede corrosieweerstand
Het met koolstofvezel versterkte polymeermatrix-composietmateriaal bestaat hoofdzakelijk uit koolstofvezelkabel en harsmateriaal en heeft een uitstekende zuur- en alkalibestendigheid. De auto-onderdelen die hiermee worden vervaardigd, hebben geen anticorrosiebehandeling op het oppervlak nodig, en hebben een goede weersbestendigheid en verouderingsbestendigheid, en de levensduur is over het algemeen 2 tot 3 maal die van staal.
3.6 Goede temperatuurprestaties
De koolstofvezel heeft een zeer stabiele prestatie onder 400 ° C en verandert niet veel bij 1 000 ° C.
3.7 Goede weerstand tegen vermoeidheid
Het met koolstofvezels versterkte materiaal belemmert de scheurgroei door vermoeiing van de vezel en de weerstand tegen vermoeiing kan 70% tot 80% bedragen. De structuur van de koolstofvezel is stabiel en de sterkte van het composietmateriaal na de cyclustest van stressvermoeidheid is miljoenen keren. Er is nog steeds 60%, terwijl staal en aluminium respectievelijk 40% en 30% zijn en FRP slechts 20% tot 25%. Daarom is de vermoeidheidsbestendigheid van koolstofvezelcomposieten geschikt voor een breed scala van toepassingen in de auto-industrie.
4 Economische analyse van nieuwe energiepassagiersvoertuigen
Door de verwijzing van koolstofvezel, kan het gewicht van het lichaam met meer dan 50% worden verminderd. Met het gewichtsverlies van 100 kg van het typische A-klasse model als voorbeeld, ligt het gewicht van het hele voertuig erg voor de hand. Dit kan worden verklaard aan de hand van de volgende aspecten: 1 voor 1 Voor een personenauto met een rijafstand van 300 km en een energieverbruik van 45 kW · h kan hetzelfde bereik door de expert in de industrie met 3,6 kW worden verminderd "100kg per gewichtsvermindering en een toename van het rijbereik van 8% ". De batterijbesparende kosten zijn ongeveer 0,6 miljoen yuan; 2, met een levenscyclus van 400.000 kilometer en een gemiddelde elektriciteitskost van 0.9 yuan / kW · h, kunnen de elektriciteitskosten worden bespaard in de levenscyclus van het voertuig met 400.000 / 100 × 1.2 × 0.9 = 0.32 miljoen yuan. 100 km besparing van 1,2 kW aan elektriciteitsrekening); 3 Vanwege de toepassing van koolstofvezelmaterialen, waarbij de productieschaal van 50.000 voertuigen als voorbeeld wordt genomen, wordt de bespaarde investering in technologie en apparatuur omgezet in het economische equivalent van elektrische voertuigen, in elk voertuig. De afschrijving zal ongeveer 2.000 yuan besparen; 4 omdat het proces is gestroomlijnd, de personeelskosten kunnen worden opgeslagen ten minste 1.000 yuan / Taiwan.
In totaal zijn de gemiddelde kosten per voertuig 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 miljoen, maar deze kosten zijn niet voldoende om de stijging van de kosten van het materiaal zelf te compenseren door de introductie van koolstofvezel. Het is duidelijk dat de toepassing van een koolstofvezellichaam nog steeds een groot probleem is. Als u lichtgewicht body wilt promoten, kunt u alleen beginnen met het verminderen van de investering in technologie en apparatuur. In totaal zijn de gemiddelde kosten per voertuig 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 miljoen, maar deze kosten zijn niet voldoende om de stijging van de kosten van het materiaal zelf te compenseren door de introductie van koolstofvezel. Het is duidelijk dat de toepassing van een koolstofvezellichaam nog steeds een groot probleem is.
Als u lichtgewicht body wilt promoten, kunt u alleen beginnen met het verminderen van de investering in technologie en apparatuur.
Als de auto massaproductie van koolstofvezelromp realiseert, zullen de kosten van het koolstofvezelmateriaal zelf ook drastisch dalen en zal het hele industrie-effect behoorlijk groot zijn en zullen de economische voordelen steeds duidelijker worden. Deze worden alleen geanalyseerd vanuit het perspectief van koolstofvezel. Als we de factor van het verminderen van het gewicht van de aluminiumlegering met 50 kg beschouwen, is het economische effect vanzelfsprekend.
5 voor de ontwikkeling van het lichaam
Gezien de kenmerken van met koolstofvezel versterkte composietmaterialen, worden dergelijke materialen geleidelijk begunstigd door autofabrikanten. Geschat wordt dat in de automobielsector het gebruik van koolstofvezel met een gemiddeld jaarlijks percentage van 34% groeit en tegen 2020 23.000 ton zal bereiken. Figuur 2 is een stappenplan voor de ontwikkeling van koolstofvezelversterkte composieten voor het lichaam.
Op dit moment worden met koolstofvezel versterkte composietmaterialen vooral gebruikt voor bodembedekking, decoratieve onderdelen en structurele delen op het lichaam. BMW heeft bijvoorbeeld koolstofvezelcomposieten gebruikt om structurele carrosseriedelen te maken in verschillende modellen die het heeft ontwikkeld, wat een belangrijk moment is geworden voor koolstofvezelcomposieten in de automobielindustrie. Tegelijkertijd heeft BMW verder samengewerkt met SGL (SGL) om 100 miljoen euro te investeren in de ontwikkeling van goedkope koolstofvezel en de koolstofvezelproductie te verhogen van 3000 ton per jaar naar 9000 ton om tegemoet te komen aan de groeiende elektrische voertuigen van de BMW i-serie en anderen. De vraag naar modellen.
6. Conclusie
Samengevat, koolstofvezelversterkte harsmatrixcomposieten (CFRP) zijn in de toekomst een belangrijke ontwikkelingsrichting geworden voor nieuwe automobielmaterialen vanwege hun unieke prestatievoordelen. Als dit materiaal echter moet worden gepromoot en toegepast op het gebied van de automobielindustrie, is het noodzakelijk om het onderzoek en de ontwikkeling van de industrie, de academische wereld en het onderzoek te starten vanuit de volgende aspecten: 1 om verder te zoeken naar een goedkopere koolstofvezelvoorloper; 2 om nieuwe processen voor de productie van koolstofvezels te ontwikkelen, zoals de stabiliteit van precursormaterialen. 3; de procesparameters van het koolstofvezelproces optimaliseren of nano-koolstofvezel gebruiken om de prestaties van CFRP-composieten verder te verbeteren; 4 ontwikkelen van snelle en effectieve CFRP-onderdelen molding fabricagetechnologie, zoals snelle uithardingstechnologie, samengestelde materiaal flow control-technologie; 5 Gebruik computersimulatieanalysetechnologie (CAE) om verschillende koolstofvezelcomposietmaterialen te selecteren en de parameters van het vormproces te optimaliseren.
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------
XIAMEN LFT COMPOSITE PLASTIC CO., LTD.
Focus op (LFT-G, LFRT) R & D en productie: PA, PP, TPU, PPS, PBT, PPA lange glasvezel & koolstofvezel continue infiltratie thermoplastische composietversterking serie engineering plastics
Als je meer informatie nodig hebt, neem dan gerust contact met me op.
Mike Lee
E-mail: sale02@lfrtplastic.com
Mobiele telefoon: + 86-180-5026-9764 (wechat / whatsapp / skype)
Website: www.lfrt-plastic.com
Toevoegen: No.27 Hongxi Road, Tiangong Chuangxin Technology Park, Maxiang Town, Xiang'an Dist., Xiamen, Fujian, China.
