CFRP bruges til let og økonomisk analyse af nye energiforbrugskøretøjer

Carbonfiber er generelt kombineret med epoxyharpiks for at danne et kompositmateriale. Dette kompositmateriale arver en række fordele, såsom højere specifik styrke, specifik modul, træthedsstyrke og stødbestandighed af carbonfiber selv. Samtidig arver det epoxy. Harpiksformuleringen er fleksibel og alsidig, og dens anvendelse er meget målrettet. Sammenlignet med aluminiumsstrukturstrukturer kan vægtreduktionsvirkningen af carbonfiberkompositmaterialer nå 20% til 40%. Sammenlignet med stålmetalkomponenter kan vægtreduktionsvirkningen af carbonfiberkompositmaterialer endda nå 60% til 80%. Brugen af kulfibre kompositmaterialer Dette reducerer ikke kun den samlede bilkvalitet, men påvirker og ændrer også bilproduktionsprocessen til en vis grad.

1 proces type

Carbon Fiberforstærket Polymerer (CFRP) refererer til en sammensætning af carbonfibre som en forstærkningsfase og et termoplastisk eller termohærdende harpiksmateriale. Produktionsteknologien af CFRP-kompositmaterialer omfatter primært prepregdannende og væskedannende processer. Sammenligningen og analysen af procestyperne af carbonfiberforstærket polymermatrixkompositter er vist i tabel 1.

2 Bilmontering og monteringsteknik

Den kombinerede samling af kompositbildele og forbindelsen mellem kompositdele og metaldele er et uundgåeligt problem. Kompositmaterialet er anisotropisk, med lav interlaminarstyrke og lav duktilitet, hvilket gør konstruktionen og analysen af leddene af kompositmaterialer meget mere kompleks end metaller. Forbindelsen mellem traditionelle metaldele i bilindustrien er ikke egnet til kompositmaterialer. Forbindelsen er derfor afgørende for at forstå og forbedre den måde, hvorpå bilindustrien er forbundet og fastgjort, og at træffe rimelige valg.

På grund af kontinuiteten af de fibre, der er brudt af åbningerne, forårsages lokale spændingskoncentrationer. Sammenslagets ledd er sædvanligvis det svageste led i hele strukturen. Derfor er det afgørende at sikre styrken af leddene i det strukturelle design af kompositmaterialer. Kompositmaterialer er opdelt i tre hovedkategorier, nemlig limede forbindelser, mekaniske forbindelser og hybridforbindelser mellem de to. For termoplastiske kompositter er der svejseteknikker. Konstruktion af kompositmaterialetilslutningsteknologi skal bestemmes i overensstemmelse med de specifikke brugsbetingelser og designkrav for komponenterne.

2.1 limet forbindelse

Sammenlignet med den mekaniske forbindelse er de vigtigste fordele ved bindingsteknologien spændingskoncentration forårsaget af ingen åbninger, reduceret strukturel kvalitet, træthedsresistens, gode vibrations- og isolationsegenskaber, glat udseende, enkel binding og ingen elektrokemiske korrosionsproblemer. Der er dog nogle mangler i bindingsteknologien, såsom vanskelig kontrol af bindingskvalitet, relativt stor dispergerbarhed af bindestyrke, mangel på pålidelige inspektionsmetoder og strenge krav til overfladebehandling og binding af bindingsoverflader. For carbon fiber komposit krop, er limning hovedforbindelsen.

2.2 Mekanisk tilslutning

Mekanisk forbindelse er generelt brugt nitter og bolte, er den mest almindelige forbindelse. Den største fordel ved den mekaniske forbindelse er den høje pålidelighed af forbindelsen, som gentagne gange kan demonteres og monteres under vedligeholdelse eller udskiftning, kræver ikke overfladebehandling og har en relativt lille indvirkning på miljøet. Den største ulempe ved mekaniske forbindelser er stigningen i masse, spændingskoncentrationen og den elektrokemiske korrosion af metaller og kompositter. Sammenligningen af nitteforbindelser og boltforbindelser er vist i figur 1.

2.3 Hybrid Connection

For at forbedre forbindelsenes sikkerhed og integritet anvendes i nogle vigtige forbindelsessteder en hybridforbindelsesmetode til binding og mekanisk tilslutning på samme tid, og fordelene ved de to forbindelsesmetoder udnyttes fuldt ud for at sikre, at Forbindelsesstedet har tilstrækkelig styrke og høj pålidelighed.

2.4 Svejsning

Svejseteknologi anvendes primært til termoplastiske kompositdele. Grundprincippet er at opvarme harpiksen på overfladen af den smeltede termoplastkomposit, og derefter skære pressen for at gøre den integreret. Svejsning omfatter hovedsagelig ultralydsvejsning, elektrisk induktionssvejsning og modstandssvejsning. Fordelene ved svejsning er god forbindelse og kort cyklus, ingen overfladebehandling, høj forbindelsesstyrke, lav spænding mv .; manglerne er vanskelige at adskille og skal tilføje ledende materialer eller metaltråde. Derudover kan metalforbindelsen under støbningen af det sammensatte strukturelement være indlejret i fiberforformen, og kompositmaterialet og det metalindlejrede element integreres efter støbningen, og de sammensatte dele kan forbindes gennem det metalindlejrede element for at undgå Maskinering af skadelige kompositter.

3 Ansøgningsfordele til bilindustrien

Der er en række faktorer at overveje, når du vælger bilmaterialer, såsom mekaniske egenskaber, letvægts, materialestabilitet, materialedesign og bearbejdningsevne. Hver af disse faktorer vil have en ubetydelig indvirkning på design, produktion, salg og brug af biler. I de senere år er Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) blevet et nyt bilmateriale, der tiltrækker opmærksomhed på grund af dets unikke ydeevneegenskaber. Sammenlignet med andre bilmaterialer har carbonfiberforstærket polymermatrixkompositter følgende fordele.

3.1 Fremragende mekaniske egenskaber

Tætheden af carbonfiberforstærket harpiksmatrixkompositter (CFRP) til køretøjer er 1,5 til 2 g / cm3, som kun er 1/4 til 1/5 almindeligt carbonstål og er ca. 1/3 lettere end aluminiumlegering, men carbon fiberkompositmateriale De omfattende mekaniske egenskaber er naturligvis bedre end metalmaterialer, og dens trækstyrke er 3 til 4 gange så stor som stål. Træthedsstyrken af stål og aluminium er 30% til 50% trækstyrke, og CFRP kan nå 70% til 80%. Samtidig har CFRP også bedre vibrationsdæmpningsegenskaber end lette metaller, som f.eks. Let legering kræver 9s for at stoppe vibrationer. Kulfiberkompositmaterialet 2s kan stoppes og har højere specifik styrke og specifik modul.

3.2 Designable

Designet af kulfibre-kompositmateriale er stærkt, og matrixmaterialet kan vælges rimeligt i overensstemmelse med ydeevnekravene, arrangementet af fibrene kan konstrueres og strukturen af kompositmaterialet og produktdesignet kan udføres fleksibelt. For eksempel ved at anbringe carbonfibrene i kraftens retning, kan anisotropien af kompositmaterialets styrke udøves fuldt ud og derved opnå formålet med materialespare og kvalitetsreduktion. For produkter, der kræver korrosionsbestandighed, kan et basismateriale med god korrosionsbestandighed anvendes under design.

3.3 kan opnå integreret produktion

Modularisering og integration er også tendenser i bilstrukturen. Når kompositmaterialet er dannet, er det let at danne en buet overflade af forskellige former for at opnå en integreret produktion af bildele og komponenter. Integreret støbning kan ikke kun reducere antallet af dele og forme, reducere antallet af komponenter og andre processer, men også forkorte produktionscyklussen kraftigt. Hvis forreste modul i en bil f.eks. Er fremstillet af carbonfiberkompositmateriale, kan den integreres og integreres for at undgå lokal spændingskoncentration forårsaget af efterfølgende svejsning og efterfølgende behandling af metaldele, samtidig med at produktnøjagtigheden reduceres og forbedring af ydeevnen samtidig med at auto-dele reduceres. Kvalitet, reducere produktionsomkostninger.

3.4 Energiabsorption og slagfasthed

Carbonfiberforstærket harpiksmatrixkompositter (CFRP) har en vis grad af viskoelasticitet, og der er en lille lokal relativ bevægelse mellem carbonfiberen og matrixen, som kan generere grænsefriktion. Under den synergiske effekt af viskoelasticitet og grænsefriktion har CFRP-dele bedre energiabsorption og slagfasthed. På den anden side nedbryder den specialabsorberede carbonfiberkomposit i små fragmenter i højhastighedskollisioner, absorberer en stor mængde slagkraft, og dens energiabsorptionskapacitet er 4 til 5 gange højere end for metalmaterialer, som effektivt kan forbedre køretøjer. Sikkerhed, beskyt medlemmernes sikkerhed.

3,5 God korrosionsbestandighed

Carbonfiberforstærket polymermatrixkompositter er hovedsagelig sammensat af carbonfiberstrå og harpiksmaterialer og har fremragende syre- og alkali-resistensegenskaber. Auto dele fremstillet af dem behøver ingen overflade antiseptisk behandling, og deres vejrbestandighed og aldringsbestandighed er gode. Deres levetid er godt. 2 til 3 gange så meget som stål.

3,6 høj temperatur ydeevne

Udførelsen af kulfiber ved temperaturer under 400 ° C forbliver meget stabil, og der er ingen signifikant ændring ved 1 000 ° C.

3.7 God træthedsbestandighed

Carbonfiberforstærket materiale har en inhiberende effekt på træthedsspredningens udbredelse på grund af fiberen, og dens træthedssikkerhed kan nå 70% til 80%. Strukturen af kulfiber er stabil. Efter kompleksmaterialets træthedsliv er millioner af cyklusser, dets styrkefastholdelsesrate. Der er stadig 60%, mens stål og aluminium er henholdsvis 40% og 30%, og glasfiber er kun 20% til 25%. Derfor er træthedsmodstanden af carbonfiberkompositter egnet til en lang række anvendelser inden for bilindustrien.

4 Økonomisk analyse for nye energiforbrugskøretøjer

På grund af brugen af kulfiber kan kroppen reduceres med mere end 50%. Med et vægttab på 100 kg på et typisk A-klasse køretøj som eksempel er betydningen af lette vægtning af køretøjet meget åbenlyst. Det kan forklares af følgende aspekter: 1 For en station For en personbil med 300 km og en opladningskapacitet på 45 kW · h, kan det samme drivområde reduceres med 3,6 kW · h som beregnet af branchens ekspert, "100 kg pr. 100 kg, plus 8% stigning i driving range." Batteribesparende omkostninger er omkring 0,6 millioner yuan; 2 Den gennemsnitlige livscyklus ved at køre 400.000 kilometer og elprisen beregnes i henhold til 0,9 yuan / kW · h. El-prisen for hele køretøjet kan spare 400000/100 × 1,2 × 0,9 = 0,43 millioner. 100km sparer 1,2kW · h elektricitet.) 3For anvendelsen af kulfibermaterialer, der tager produktionskala på 50.000 køretøjer som et eksempel, omdannes de sparede procesinvesteringer og udstyrsinvesteringer til det økonomiske ækvivalent af elbiler, og hvert køretøj er Afskrivninger gemt omkring 2.000 yuan; 4 fordi processen er strømlinet, personaleomkostninger mindst spare 1.000 yuan / Taiwan.

Ovenstående poster udgør en gennemsnitlig besparelse på 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 millioner yuan pr. Køretøj, men disse omkostninger er ikke tilstrækkelige til at kompensere for stigningen i omkostningerne ved selve materialet som følge af indførelsen af kulfiber. Det kan ses, at der stadig er store problemer med anvendelsen af kulfiberlegemer. Hvis du ønsker at fremme letvægts krop, kan du kun starte med at reducere input af processen og udstyret. Ovenstående poster udgør en gennemsnitlig besparelse på 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 millioner yuan pr. Køretøj, men disse omkostninger er ikke tilstrækkelige til at kompensere for stigningen i omkostningerne ved selve materialet som følge af indførelsen af kulfiber. Det kan ses, at der stadig er store problemer med anvendelsen af kulfiberlegemer.

Hvis du ønsker at fremme letvægts krop, kan du kun starte med at reducere input af processen og udstyret.

Hvis bilen opnår masseproduktion af kulfiberlegemer, vil omkostningerne til selve karbonfibermaterialet også blive reduceret betydeligt, hele industriens virkning vil være ret stor, og de økonomiske fordele bliver også mere indlysende. Disse er kun ud fra kulfiberanalysen, hvis du overvejer bilens vægtreduktionsfaktor på 50 kg, af samme årsag positiv stak, er den økonomiske virkning selvklart.

5 udviklingstendenser for køretøjets krop

I betragtning af kendetegnene ved carbonfiberforstærket kompositter bliver denne type materiale i stigende grad foretrukket af bilfabrikanter. Det anslås, at brugen af kulfiber i bilindustrien vokser med en gennemsnitlig årlig sats på 34% og vil nå 23.000 tons i 2020. Figur 2 viser køreplanen for udvikling af kulfiberforstærkede kompositter til karrosseri.

På nuværende tidspunkt anvendes kulfiberforstærkede kompositter hovedsageligt på kropspaneler, kropsskærme og strukturelle komponenter. For eksempel har BMW brugt et stort antal carbonfiberkompositmaterialer i udviklingen af en række modeller til fremstilling af kropsstrukturer. Dette er blevet et vigtigt tidspunkt for anvendelsen af carbonfiberkompositmaterialer i bilproduktion. Samtidig har BMW samarbejdet yderligere med SGL i Tyskland og investerer 100 millioner euro i forskning og udvikling af billige carbonfibre og øger kulfibreproduktionen fra 3.000 tons om året til 9000 tons for at møde den voksende BMW i -serier elbiler og andre Efterspørgsel efter modeller.

6 Konklusion

Sammenfattende er carbon fiber-forstærkede harpiks matrix kompositter (CFRP) blevet en vigtig udviklingsretning for nye bilmaterialer i fremtiden med sine unikke præstationsfordele. For at fremme brugen af dette materiale inden for automobilområdet er det imidlertid nødvendigt at starte forskning og udvikling af produktion, læring og forskning fra følgende aspekter: (1) Yderligere søgning på kulstoffibrepræparater med lave omkostninger; (2) Udvikle nye fremstillingsprocesser for kulfibre, såsom stabilisering af precursormaterialer. Teknologi; 3 Optimer kulfibre fremstillingsproces parametre eller brug nano-carbon fiber til yderligere at forbedre ydeevnen af CFRP kompositmaterialer; 4 Udvikle hurtige og effektive CFRP dele molding og fremstilling teknologier, såsom hurtig støbning molding teknologi og kompositmateriale flow kontrol teknologi; 5 Brug computer simuleringsanalyse teknologi (CAE) til at vælge forskellige carbon fiber kompositmaterialer og optimere molding proces parametre.