CFRP koristi se za lakšu i ekonomsku analizu novih energetskih putničkih vozila

Ugljenična vlakna se obično kombinuju sa epoksidnom smolom i formiraju kompozitni materijal. Ovaj kompozitni materijal nasleđuje niz prednosti kao što su veća specifična čvrstoća, specifični modul, čvrstoća zamora i otpornost na udar u samom ugljeničnom vlaknu. Istovremeno, nasleđuje epoksid. Formulacija smole je fleksibilna i svestrana, a njegova primjena je visoko ciljana. U poređenju sa strukturnim članovima aluminijumske legure, efekat smanjenja težine kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana može da dostigne 20% do 40%. U poređenju sa čeličnim metalnim komponentama, efekat smanjenja težine kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana čak može doseći čak 60% do 80%. Korišćenje kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana Ovo ne samo da smanjuje ukupni kvalitet vozila, već i utiče i menja proces proizvodnje automobila u određenoj mjeri.

1 Tip procesa

Ojačani polimeri od ugljeničnih vlakana (CFRP) odnose se na kompozitni ugljenični vlakni kao ojačavajuća faza i termoplastični ili termosetirajuće smole. Tehnologija proizvodnje CFRP kompozitnih materijala uglavnom obuhvata postupke prepregovanja i formiranja tečnosti. Upoređivanje i analiza tipova procesa polimernih matričnih kompozita pojačanih ugljeničnim vlaknima prikazane su u Tabeli 1.

2 Automobilska montaža i tehnologija montaže

Kombinovani sklop kompozitnih dijelova automobila i veza između kompozitnih dijelova i metalnih dijelova je neizbežan problem. Složeni materijal je anizotropan, sa niskom međumalaminarnom snagom i malom duktilošću, čineći dizajn i analizu spojeva kompozitnih materijala mnogo složenije od metala. Veza između tradicionalnih metalnih dijelova u automobilskoj industriji nije pogodna za kompozitne materijale. Stoga je ključno razumjeti i poboljšati način povezivanja i fiksiranja automobilskih kompozitnih materijala i donošenje razumnih odluka.

Zbog kontinuiteta vlakana koja su prekrivena otvorima, izazvale su koncentracije lokalnih naprezanja. Zglobovi kompozitnih materijala obično su najslabija veza u cijeloj strukturi. Zbog toga je kritično osigurati čvrstoća spojeva u strukturnom dizajnu kompozitnih materijala. Kompozitni materijali su podeljeni u tri glavne kategorije, na pr. Lepljene veze, mehaničke veze i hibridne veze između njih. Za termoplastične kompozite postoje tehnike zavarivanja. Dizajn tehnologije povezivanja materijala mora biti određen u skladu sa specifičnim uslovima korišćenja i zahtevima konstrukcije komponenti.

2.1 lepljena veza

U poređenju sa mehaničkom vezom, glavne prednosti tehnologije vezivanja su koncentracija napona uzrokovana bez otvora, smanjenog kvaliteta konstrukcije, otpornosti na zamor, dobrih vibracija i izolacionih svojstava, glatkog izgleda, jednostavnog procesa vezivanja i bez problema sa elektrohemijskom korozijom. Međutim, postoje određeni nedostaci u tehnologiji vezivanja, kao što su teška kontrola kvaliteta vezivanja, relativno velika disperzibilnost sile vezivanja, nedostatak pouzdanih metoda kontrole i strogi zahtjevi za površinsku obradu i vezivanje površina za lepljenje. Za kompozitno telo ugljeničnih vlakana, vezivanje je glavna veza.

2.2 Mehanički priključak

Mehanička veza se uglavnom koristi zakovice i vijke, najčešće se koristi. Glavna prednost mehaničke veze je velika pouzdanost priključka, koja se može više puta demontirati i montirati tokom održavanja ili zamene, ne zahteva površinski tretman i ima relativno mali uticaj na životnu sredinu. Glavni nedostatak mehaničkih veza je povećanje mase, koncentracija napona i elektrohemijska korozija metala i kompozita. Upoređivanje priključaka zakovice i priključaka za vijke prikazano je na slici 1.

2.3 Hibridna veza

U cilju poboljšanja sigurnosti i integriteta veze, na nekim važnim lokacijama povezivanja, obično se usvaja hibridna metoda vezivanja vezivanja i mehaničke veze, a prednosti dvije metode povezivanja se u potpunosti koriste kako bi se osigurala priključna stranica ima dovoljno čvrstoće i pouzdanost.

2.4 Zavarivanje

Tehnologija zavarivanja uglavnom se primjenjuje na termoplastične kompozitne dijelove. Osnovni princip je zagrevanje smole na površini rastopljenog termoplastičnog kompozita, a zatim kružiti presa kako bi se integrirala. Zavarivanje uglavnom uključuje ultrazvučno zavarivanje, elektro indukcijsko zavarivanje i otporno zavarivanje. Prednosti zavarivanja su dobra veza i kratki ciklus, bez površinskog tretmana, visoka sila priključka, niski stres i sl .; neadekvatnost je teško demontirati i treba dodati provodne materijale ili metalne žice. Osim toga, prilikom oblikovanja kompozitnog konstrukcijskog elementa, metalni konektor može biti ugrađen u predpremaz vlakana, a kompozitni materijal i metalni ugrađeni element se integrišu nakon oblikovanja, a kompozitni dijelovi mogu biti spojeni preko metalne ugrađenog elementa da biste izbegli kompozitne oštećenja.

3 Prednosti primene za automobilsku industriju

Postoji niz faktora koji treba uzeti u obzir pri izboru automobilskih materijala, kao što su mehanička svojstva, mala težina, stabilnost materijala, dizajniranost materijala i mogućnost obrade. Svaki od ovih faktora imaće nezanemljiv uticaj na dizajn, proizvodnju, prodaju i upotrebu automobila. U poslednjih nekoliko godina, ojačani polimeri ugljeničnih vlakana (CFRP) postao je novi automobilski materijal koji privlači pažnju zbog svojih jedinstvenih karakteristika performansi. U poređenju sa ostalim automobilskim materijalima, kompoziti polimernih matrica ojačanih ugljeničnim vlaknima imaju sljedeće prednosti.

3.1 Odlične mehaničke osobine

Gustina kompozitnih vlakana ojačanih ugljeničnim vlaknima (CFRP) za vozila je od 1,5 do 2 g / cm3, što je samo 1/4 do 1/5 običnog ugljeničnog čelika i oko 1/3 je lakše od legure aluminijuma, ali ugljenik vlakno kompozitni materijal Sveobuhvatna mehanička svojstva su očigledno bolja od metalnih materijala, a njegova natezna čvrstoća je 3 do 4 puta veća od čelika. Čvrstoća zamora čelika i aluminijuma je 30% do 50% zatezne čvrstoće, a CFRP može doseći 70% do 80%. Istovremeno, CFRP ima i bolje karakteristike prigušivanja vibracija nego lake metale, kao što je laka legura zahteva 9s za zaustavljanje vibracija, kompozitni materijal 2s može biti zaustavljen i ima veću specifičnu snagu i specifičan modul.

3.2 Dizajnirano

Dizajn kompozitnog materijala od ugljeničnih vlakana je jak, a matrični materijal se može razumno odabrati prema zahtevima performansi, mogu se projektovati raspored vlakana i struktura kompozitnog materijala, a dizajn proizvoda može biti fleksibilno izveden. Na primjer, raspoređivanje karbonskih vlakana u pravcu sile, anizotropija čvrstoće kompozitnog materijala može se u potpunosti iskoristiti, čime se postiže svrha uštede materijala i smanjenja kvaliteta. Za proizvode koji zahtevaju otpornost na koroziju, osnovni materijal sa dobrom otpornošću na koroziju može se koristiti tokom dizajna.

3.3 može postići integrisanu proizvodnju

Modularizacija i integracija su takođe trendovi u automobilskoj strukturi. Kada se kompozitni materijal formira, lako se formira zakrivljena površina različitih oblika kako bi se postigla integrisana proizvodnja dijelova i komponenti automobila. Integrisani kalupi ne samo da mogu smanjiti broj delova i kalupa, smanjiti broj komponenata i drugih procesa, već i znatno skratiti proizvodni ciklus. Na primjer, ako je prednji modul automobila napravljen od kompozitnog materijala od karbonskih vlakana, može se integralno formirati i integrirati kako bi se izbjegla lokalizirana koncentracija napona uzrokovana naknadnim zavarivanjem i naknadnom obradom metalnih dijelova, smanjivanjem tačnosti proizvoda i poboljšanjem performansi dok smanjuje auto delove. Kvalitet, smanjiti proizvodne troškove.

3.4. Absorpcija energije i otpornost na udar

Kompoziti kompozitnih smola ojačanih karbonskim vlaknima (CFRP) imaju određeni stepen viskoelastičnosti, a postoji mali lokalni relativni kretanje između karbonskih vlakana i matrice, što može izazvati međusobno trenje. Pod sinergetskim efektom viskoelastičnosti i međusobno trenje, dijelovi CFRP-a imaju bolju apsorpciju energije i otpornost na udarce. S druge strane, specijalno apsorbovani kompozit ugljičnih vlakana pada u male fragmente u brzim kolizijama, apsorbuje veliku količinu energije udara, a kapacitet apsorpcije energije je 4 do 5 puta veći od metala, što može efektivno poboljšati vozila. Bezbednost, zaštitite sigurnost članova.

3.5 Dobra otpornost na koroziju

Kompoziti polimernih matrica ojačanih ugljeničnim vlaknima su uglavnom sastavljeni od vlakana od karbonskih vlakana i smole, i imaju odlične karakteristike otpornosti na kiseline i alkalije. Auto-delovi od njih ne trebaju površinski antiseptički tretman, a njihova otpornost na vrijeme i otpornost na starenje su dobri. Njihov vek trajanja je dobar. 2 do 3 puta više od čelika.

3.6 performanse visoke temperature

Performanse ugljeničnih vlakana na temperaturama ispod 400 ° C ostaje vrlo stabilne i nema značajnih promjena na 1000 ° C.

3.7 Odlična otpornost na zamor

Materijali ojačani ugljeničnim vlaknima imaju inhibitorni efekat na razmnožavanje crevnog creva zbog vlakna, a njegova otpornost na zamor može doseći 70% do 80%. Struktura ugljeničnih vlakana je stabilna. Posle zamornog života kompozitnog materijala je milion ciklusa, njegova stopa zadržavanja čvrstoće i dalje ima 60%, dok su čelik i aluminijum 40% i 30%, a stakloplastika je samo 20% do 25%. Zbog toga je otpornost na zamor kompozita od ugljeničnih vlakana pogodna za širok spektar primena u automobilskoj industriji.

4 Ekonomska analiza za nova energetska putnička vozila

Zbog upotrebe karbonskih vlakana, tijelo se može smanjiti za više od 50%. Uzimajući gubitak težine od 100kg na tipičnom vozilu razreda A, kao primjer, značaj lakšeg vozila je vrlo očigledan. Može se objasniti iz sledećih aspekata: 1 Za jednu stanicu Za putnički automobil sa 300 km i kapacitet punjenja od 45 kWh h, isti opseg vožnje može se smanjiti za 3,6 kWh, što je izračunao stručnjak za industriju, "100 kg na 100 kg, plus 8% povećanje u dometu vožnje." Trošak štednje baterije iznosi oko 0,6 miliona juana; 2 Prosečan životni ciklus vožnje 400.000 kilometara i troškovi električne energije izračunavaju se prema 0.9 juana / kWh. Troškovi električne energije za celo vozilo mogu uštedjeti 400000/100 × 1,2 × 0,9 = 0,43 miliona. 100km štedi električnu energiju od 1.2kW · h.) 3Zato što se primjenjuje materijal iz ugljeničnih vlakana, uzimajući proizvodnu skalu od 50.000 vozila kao primjer, uštede investicija i investicije u opremu pretvaraju se u ekonomski ekvivalent električnih vozila, a svako vozilo Amortizacija je uštedela oko 2.000 juana; 4 jer je proces unapređen, troškovi osoblja barem uštede 1.000 juana / Tajvana.

Gore navedene stavke sumiraju se na prosečnu uštedu od 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 miliona juana po vozilu, ali ovi troškovi nisu dovoljni da bi se nadoknađilo povećanje troškova samog materijala zbog uvođenja ugljeničnih vlakana. Može se vidjeti da i dalje postoje veliki problemi u primjeni tela ugljeničnih vlakana. Ako želite promovirati lagano telo, možete započeti samo sa smanjenjem unosa procesa i opreme. Gore navedene stavke sumiraju se na prosečnu uštedu od 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 miliona juana po vozilu, ali ovi troškovi nisu dovoljni da bi se nadoknađilo povećanje troškova samog materijala zbog uvođenja ugljeničnih vlakana. Može se vidjeti da i dalje postoje veliki problemi u primjeni tela ugljeničnih vlakana.

Ako želite promovirati lagano telo, možete započeti samo sa smanjenjem unosa procesa i opreme.

Ako automobil postigne masovnu proizvodnju tela od karbonskih vlakana, troškovi samih materijala od karbonskih vlakana takođe će biti znatno smanjeni, ceo industrijski efekat će biti prilično veliki, a ekonomske koristi će takođe postati očiglednije. Ovo su samo iz perspektive analize ugljeničnih vlakana, ako uzmete u obzir faktor smanjenja težine karoserije aluminijumske legure od 50kg, prema istom razlogu pozitivan stack, ekonomski efekat je očigledan.

5 Razvojni trendovi za telo vozila

S obzirom na karakteristike kompozita izrađenih od ugljeničnih vlakana, ovoj vrsti materijala sve više favorizuju proizvođači automobila. Procjenjuje se da u automobilskom sektoru korištenje karbonskih vlakana raste sa prosečnom godišnjom stopom od 34% i dostigneće 23.000 tona do 2020. godine. Slika 2 pokazuje putokaz za razvoj kompozita za ojačanje ugljeničnih vlakana za karoseriju.

U ovom trenutku kompoziti koji ojačani ugljeničnim vlaknima uglavnom se primenjuju na panele karoserije, tepihe i strukturne komponente. Na primjer, BMW je koristio veliki broj kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana u razvoju različitih modela za proizvodnju dijelova tela. Ovo je postalo važan trenutak za primjenu kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana u proizvodnji automobila. Istovremeno, BMW je dodatno sarađivao sa SGL-om u Nemačkoj, uložio je 100 miliona evra u istraživanje i razvoj jeftinih karbonskih vlakana i povećao proizvodnju ugljeničnih vlakana sa 3.000 tona godišnje na 9000 tona kako bi zadovoljio rastući BMW i električna vozila i drugi. Potražnja za modelima.

6 Zaključak

Ukratko, kompozitni kompozitni materijali ojačani ugljeničnim vlaknima (CFRP) postali su važan razvojni pravac za nove automobilske materijale u budućnosti sa svojim jedinstvenim prednostima performansi. Međutim, kako bi se promovisala upotreba ovog materijala u automobilskoj oblasti, neophodno je započeti kolaborativno istraživanje i razvoj proizvodnje, učenja i istraživanja iz sljedećih aspekata: (1) dalje traženje prekursora karbonskih vlakana niže cene; (2) Razviti nove procese proizvodnje ugljeničnih vlakana, kao što su stabilizacija materijala prekursora. Tehnologija; 3 Optimizujte parametre procesa proizvodnje ugljeničnih vlakana ili koristite nano-ugljena vlakna da biste dodatno poboljšali performanse CFRP kompozitnih materijala; 4 Razviti brze i djelotvorne CFRP delove kalupa i proizvodnih tehnologija, kao što su tehnologija brze čvrstoće kalupa i tehnologija za kontrolu protoka kompozitnih materijala; 5 Koristite tehnologiju računarske simulacione analize (CAE) za odabir različitih kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana i optimizirajte parametre procesa kalupa.