Carbonfiber er generelt kombineret med epoxyharpiks for at danne et kompositmateriale. Dette kompositmateriale arver en række fordele, såsom specifik styrke, specifik modul, træthedsstyrke og energiabsorption og stødbestandighed af selve carbonfibre. Samtidig arver det epoxy. Resin formel design er fleksibel og forskelligartet, og applikationen er målrettet. Sammenlignet med aluminiumslegeringsstrukturer kan vægtreduktionsvirkningen af carbonfiberkompositter nå 20% til 40%. Sammenlignet med stålmetaldele kan vægtreduktionseffekten af carbonfiberkompositmaterialer nå op på 60% til 80%. Brug af carbonfiberkompositmaterialer Det har ikke kun reduceret kvaliteten af hele køretøjet, men det har også påvirket og ændret bilproduktionsprocessen til en vis grad.
1 Proces type
Carbon Fiberforstærket Polymerer (CFRP) refererer til et materiale opnået ved at kombinere carbonfibre som en forstærkende fase med et termoplastisk eller termohærdende harpiksmateriale. Produktionsteknologien af CFRP-kompositter omfatter primært prepreg- og væskedannende processer. Den komparative analyse af procestyperne af carbonfiberforstærket polymermatrixkompositter er vist i tabel 1.
2 Konstruktionsteknik til biltilslutning
Den kombinerede samling mellem kompositbildele og forbindelsen mellem kompositdele og metalkomponenter er et uundgåeligt problem. Kompositmaterialet er anisotropt, mellemlagsstyrken er relativt lav, og duktiliteten er lille, hvilket gør konstruktionen og analysen af de sammensatte samlinger langt mere kompliceret end metallet. Forbindelsen mellem de traditionelle metaldele i bilindustrien er ikke anvendelig for kompositmaterialerne. Forbindelser er derfor afgørende for at forstå og forbedre måden, hvorpå bilindustrien er sammenføjet og sikret.
Lokal spændingskoncentration skyldes kontinuiteten af de brudte fibre. Sammensatte led er normalt det svageste led i den overordnede struktur, så sikring af fælles styrke er nøglen til sammensat strukturelt design. Sammensatte materialer er primært opdelt i tre kategorier, nemlig limede led, mekaniske led og hybrid ledd af de to. For termoplastiske kompositter er der også svejseteknikker. Komposit fælles teknologi design skal bestemmes ud fra den specifikke brug af komponent og design krav.
2.1 limforbindelse
Sammenlignet med den mekaniske forbindelse er den største fordel ved bindingsteknologien, at der ikke er nogen spændingskoncentration forårsaget af åbningen, strukturkvaliteten er reduceret, træthedsmodstanden, vibrationsdæmpningen og isolationsydelsen er gode, udseendet er glat og glat, bindingsprocessen er enkel, og der er ikke noget elektrokemisk korrosionsproblem. Forbindelsesteknologien har dog også nogle mangler, såsom vanskeligheder med kvalitetskontrol af bindingen, stor spredning af bindestyrke, mangel på pålidelige inspektionsmetoder, strenge krav til overfladebehandling og binding af bindingsoverfladen. For carbon fiber komposit krop, lim er hovedforbindelsen.
2.2 Mekanisk tilslutning
Mekaniske forbindelser bruger typisk nitter og bolte og er den mest almindelige type forbindelse. Den største fordel ved den mekaniske forbindelse er den høje pålidelighed af forbindelsen, gentagen demontering og samling under vedligeholdelse eller udskiftning, behovet for at håndtere overfladen, og miljøpåvirkningen er forholdsvis lille. Den største ulempe ved mekanisk sammenføjning er, at det øger kvaliteten, forårsager spændingskoncentration og forårsager elektrokemisk korrosion i kontakt med kompositmaterialet. Sammenligningen af nitteforbindelsen og boltforbindelsen er vist i figur 1.
2.3 Blandet forbindelse
For at forbedre forbindelsenes sikkerhed og integritet anvendes i nogle vigtige forbindelsesdele hybridforbindelsesmetoden for limforbindelse og mekanisk tilslutning på samme tid, og fordelene ved de to forbindelsesmetoder udnyttes fuldt ud for at sikre tilstrækkelig styrke og høj tilslutningspunkt. pålidelighed.
2.4 Svejsning
Svejseteknologi anvendes primært til termoplastiske kompositdele. Det grundlæggende princip er at opvarme harpiksen på overfladen af den smeltede termoplastkomposit, og tryk derefter på og tilslut dem. Der er tre hovedmetoder til svejsning: ultralydssvejsning, elektrisk induktionssvejsning og modstandssvejsning. Fordelene ved svejsning er god forbindelseseffekt og kort cyklus, ingen overfladebehandling, høj ledstyrke, lav spænding mv .; ulempen er, at det ikke er let at demontere, og det er nødvendigt at tilføje ledende materialer eller ledninger. Derudover kan metalforbindelseselementet i støbeprocessen af det sammensatte strukturelement være indlejret i fiberforformningen, og kompositmaterialet og den metalindlejrede komponent integreres efter støbningen, og kompositkomponenten kan forbindes med metalindlejret komponent for at undgå Maskinerede kompositter.
3 Applikationsfordele for biler
En række faktorer skal overvejes, når man vælger bilmaterialer, såsom mekaniske egenskaber, letvægts-, materialestabilitet, materialets designabilitet og bearbejdningsevne. Hver faktor vil have en betydelig indvirkning på design, produktion, salg og brug af bilen. I de senere år er Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) blevet et nyt bilmateriale med sine unikke præstationsegenskaber. Carbonfiberforstærket polymermatrixkompositter har følgende fordele i forhold til andre bilmaterialer.
3.1 Fremragende mekaniske egenskaber
Kulfiberforstærket harpiksmatrixkomposit (CFRP) har en tæthed på 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 kulfiber kompositmateriale De omfattende mekaniske egenskaber er væsentligt bedre end metalliske materialer, og trækstyrken er 3 til 4 gange så stor som stål. Træthedsstyrken af stål og aluminium er 30% til 50% af trækstyrken, mens CFRP kan nå 70% til 80%. Samtidig har CFRP også bedre vibrationsdæmpningsegenskaber end letmetal. For eksempel kræver lys legering 9s for at stoppe vibrationer. Kulfiberkompositmaterialet kan stoppes i 2 sekunder, og den specifikke styrke og specifikke modul er høje.
3.2 Designable
Kulfiberkompositmaterialet har stærk designabilitet og kan vælge basismaterialet med rimelighed i overensstemmelse med præstationsbehovet, designe arrangementet af fibrene og den strukturelle form af kompositmaterialet og konstruere produktet fleksibelt. For eksempel ved at anbringe carbonfibre i kraftens retning, kan anisotropien af kompositmaterialets styrke udnyttes fuldt ud og derved opnå formålet med at spare materialer og reducere kvaliteten. For produkter, der kræver korrosionsbestandighed, kan et basismateriale med god korrosionsbestandighed vælges til design.
3.3 Integreret fremstilling er mulig
Modularitet og integration er også en udviklingstendens for bilstrukturen. Kompositmaterialer er lette at danne buede overflader af forskellige former under støbning, hvilket muliggør den integrerede fremstilling af bildele. Integreret støbning kan ikke kun reducere antallet af dele og antallet af forme, reducere antallet af dele og andre processer, men også forkorte produktionscyklussen kraftigt. For eksempel, hvis bilens frontendemodul er fremstillet af carbonfiberkompositmateriale, kan den realisere integreret integreret støbning, hvilket undgår lokal spændingskoncentration forårsaget af efterfølgende skræddersvejsning og efterfølgende behandling af metaldele og reduktion af bildele samtidig med at produktets præcision sikres og forbedre ydeevnen. Kvalitet, reducerende produktionsomkostninger.
3.4 Energibeslag og slagfasthed
Kulfiberforstærket harpiksmatrikskomposit (CFRP) har en vis viskoelasticitet, og der er en lille lokal relativ bevægelse mellem carbonfiberen og matricen, der kan generere grænsefriktion. Under synergi af viskoelasticitet og grænsefriktion har CFRP-dele bedre energiabsorption og slagfasthed. På den anden side bryder den specielt vævede carbonfiberkomposit-energiabsorberende struktur sig i mindre fragmenter i højhastighedskollision, absorberer en stor mængde slagkraft, og dens energiabsorptionskapacitet er 4 til 5 gange højere end for metalmaterialer, som effektivt kan forbedre køretøjet. Sikkerhed for at beskytte medlems sikkerhed.
3,5 God korrosionsbestandighed
Kulfibreforstærket polymermatrixkompositmateriale består hovedsageligt af kuglefiberstang og harpiksmateriale og har fremragende syre- og alkali-resistens. De automobildele, der fremstilles af samme, behøver ikke overfladekorrosionsbehandling, og har god vejrbestandighed og ældningsbestandighed, og levetiden er generelt. Det er 2 til 3 gange så meget som stål.
3.6 God temperatur ydeevne
Kulfibre har en meget stabil præstation under 400 ° C og ændrer sig ikke meget ved 1 000 ° C.
3.7 God træthedsbestandighed
Kulfiberforstærket materiale har en hindring for fiberens træthedsspredningsvækst, og dens træthedssikkerhed kan nå 70% til 80%. Karbonfiberstrukturen er stabil, og styrken af kompositmaterialet efter cyklustesten af stress træthed er millioner af gange. Der er stadig 60%, mens stål og aluminium er henholdsvis 40% og 30%, og FRP er kun 20% til 25%. Derfor er træthedsbestandigheden af carbonfiberkompositter egnet til en lang række anvendelser inden for bilindustrien.
4 Økonomisk analyse af nye energiforbrugskøretøjer
På grund af referencen af carbon fiber kan vægten af kroppen reduceres med mere end 50%. Med et vægttab på 100 kg af den typiske A-klasse model som eksempel er vægten af hele køretøjet meget indlysende. Det kan forklares ud fra følgende aspekter: 1 for 1 For en personbil med en køreafstand på 300 km og et strømforbrug på 45kW · h, kan det samme drivområde reduceres med 3,6 kW · h af branchens ekspert "100 kg pr. vægtreduktion og en stigning på 8% driving range ". Batteribesparelsen koster omkring 0,6 millioner yuan; 2, med en livscyklus på 400.000 km og en gennemsnitlig elpris på 0,9 yuan / kW · h, kan elprisen gemmes i køretøjets livscyklus med 400.000 / 100 × 1,2 × 0,9 = 0,32 millioner yuan. 100km sparer 1,2kW · h elberegning); 3 På grund af anvendelsen af kulfibermaterialer, idet der tages en produktionskala på 50.000 køretøjer som eksempel, omdannes den sparede investering i teknologi og udstyr til det økonomiske ækvivalent af elbiler i hvert køretøj. Afskrivninger vil spare omkring 2.000 yuan; 4 fordi processen er strømlinet, kan personaleomkostningerne gemmes mindst 1.000 yuan / Taiwan.
I alt er gennemsnitsprisen pr. Køretøj 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 millioner, men disse omkostninger er ikke nok til at kompensere for stigningen i omkostningerne til selve materialet på grund af indførelsen af kulfiber. Det kan ses, at anvendelsen af carbonfiberlegemet stadig har et stort problem. Hvis du ønsker at fremme letvægtslegeme, kan du kun starte med at reducere investeringen i teknologi og udstyr. I alt er gennemsnitsprisen pr. Køretøj 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 millioner, men disse omkostninger er ikke nok til at kompensere for stigningen i omkostningerne til selve materialet på grund af indførelsen af kulfiber. Det kan ses, at anvendelsen af carbonfiberlegemet stadig har et stort problem.
Hvis du ønsker at fremme letvægtslegeme, kan du kun starte med at reducere investeringen i teknologi og udstyr.
Hvis bilen realiserer masseproduktion af kulfiberlegeme, vil omkostningerne til selve carbonfibermaterialet også falde drastisk, og hele industriens virkning vil være ret stor, og de økonomiske fordele bliver mere og mere indlysende. Disse analyseres kun ud fra kulfiber. Hvis vi overvejer at reducere vægten af aluminiumlegeringslegemet med 50 kg, er den økonomiske effekt selvklart.
5 til udvikling af kroppen
I lyset af kendetegnene ved carbonfiberforstærket kompositmaterialer bliver sådanne materialer gradvist begunstiget af bilproducenter. Det anslås, at kulfiberforbruget i bilindustrien vokser med en gennemsnitlig årlig sats på 34% og vil nå 23.000 tons i 2020. Figur 2 er en køreplan for udviklingen af carbonfiberforstærkede kompositter til kroppen.
I øjeblikket anvendes carbonfiberarmerede kompositmaterialer hovedsageligt til kropsbelægninger, dekorative dele og konstruktionsdele på kroppen. For eksempel har BMW brugt carbonfiberkompositter til at gøre kropsstrukturdele i en række modeller, den har udviklet, hvilket er blevet et vigtigt tidspunkt for carbonfiberkompositter i bilindustrien. Samtidig har BMW samarbejdet yderligere med SGL (SGL) for at investere 100 millioner euro til udvikling af lavpris kulfiber og øge kulfiberproduktionen fra 3.000 tons om året til 9000 tons for at imødekomme de voksende BMW I-serien elbiler og andre. Efterspørgslen efter modeller.
6 Konklusion
Sammenfattende er kulfiberforstærkede harpiksmatrixkompositter (CFRP) blevet en vigtig udviklingsretning for nye bilmaterialer i fremtiden på grund af deres unikke ydeevnefordele. Men hvis dette materiale skal fremmes og anvendes på automobilområdet, er det nødvendigt at starte forskning og udvikling inden for industri, akademi og forskning fra følgende aspekter: 1 for yderligere at søge en billigere carbonfibreforstadie; 2 for at udvikle nye processer til fremstilling af carbonfiber, såsom stabiliteten af precursormaterialer. 3; optimere carbon fiber fremstillingsproces parametre eller bruge nano carbon fiber til yderligere at forbedre ydeevnen af CFRP kompositter; 4 udvikle hurtige og effektive CFRP dele støber fremstillings teknologi, såsom hurtig hærdning teknologi, kompositmateriale flow kontrol teknologi; 5 Brug computer simuleringsanalyse teknologi (CAE) til at vælge forskellige carbon fiber kompositmaterialer og optimere molding proces parametre.
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------
XIAMEN LFT COMPOSITE PLASTIC CO., LTD.
Fokus på (LFT-G, LFRT) F & U og produktion: PA, PP, TPU, PPS, PBT, PPA lang glasfiber og kulfiber kontinuerlig infiltration termoplast komposit forstærkning serie engineering plast
Hvis du har brug for flere oplysninger, er du velkommen til at kontakte mig.
Mike Lee
Email: sale02@lfrtplastic.com
Mobiltelefon: + 86-180-5026-9764 (wechat / whatsapp / skype)
Hjemmeside: www.lfrt-plastic.com
Tilføj: No.27 Hongxi Road, Tiangong Chuangxin Teknologipark, Maxiang Town, Xiang'an Dist., Xiamen, Fujian, Kina.
