Serat karbon biasanya digabungkan dengan resin epoksi untuk membentuk bahan komposit. Bahan komposit ini mewarisi beberapa kelebihan seperti kekuatan tertentu, modulus khusus, kekuatan keletihan dan penyerapan tenaga dan rintangan kejutan serat karbon itu sendiri. Pada masa yang sama, ia mewarisi epoksi. Reka bentuk formula resin adalah fleksibel dan pelbagai, dan aplikasi itu disasarkan. Berbanding dengan bahagian struktur aloi aluminium, kesan penurunan berat badan komposit serat karbon boleh mencapai 20% hingga 40%. Berbanding dengan bahagian logam keluli, kesan pengurangan berat bahan komposit serat karbon boleh mencapai 60% hingga 80%. Menggunakan bahan komposit serat karbon Bukan sahaja ia mengurangkan mutu keseluruhan kenderaan, tetapi ia juga telah memberi kesan dan mengubah proses pengilangan kereta sehingga tahap tertentu.
1 Jenis proses
Polimer Bertetulang Serat Karbon (CFRP) merujuk kepada bahan yang diperoleh dengan menggabungkan gentian karbon sebagai fasa pengukuhan dengan bahan resin termoplastik atau termoset. Teknologi pembuatan komposit CFRP terutamanya termasuk prepreg dan proses pembentukan cecair. Analisis perbandingan jenis proses komposit matriks polimer bertetulang serat karbon ditunjukkan dalam Jadual 1.
2 Bahagian pemasangan alat ganti automotif
Perhimpunan gabungan antara bahagian automotif komposit dan sambungan antara komponen komposit dan komponen logam adalah masalah yang tidak dapat dielakkan. Bahan komposit adalah anisotropik, kekuatan interlayer adalah agak rendah, dan kemuluran adalah kecil, yang menjadikan reka bentuk dan analisis gabungan komposit lebih rumit daripada logam. Sambungan antara bahagian logam tradisional industri automotif tidak terpakai kepada bahan komposit. Oleh itu, sambungan adalah penting untuk memahami dan memperbaiki cara komposit automotif disertai dan diamankan.
Kepekatan tekanan tempatan disebabkan oleh kesinambungan gentian patah. Sambungan komposit biasanya merupakan pautan yang paling lemah dalam struktur keseluruhan, oleh itu memastikan kekuatan bersama adalah kunci kepada reka bentuk struktur komposit. Bahan-bahan komposit terutamanya dibahagikan kepada tiga kategori, iaitu, sendi terpaku, sendi mekanik, dan sendi hibrid kedua-duanya. Untuk komposit termoplastik, terdapat juga teknik kimpalan. Reka bentuk teknologi gabungan komposit perlu ditentukan berdasarkan penggunaan spesifik komponen dan keperluan reka bentuk.
2.1 sambungan gam
Berbanding dengan sambungan mekanikal, kelebihan utama teknologi ikatan adalah bahawa tidak terdapat kepekatan tekanan yang disebabkan oleh pembukaan, kualiti struktur dikurangkan, rintangan keletihan, redaman getaran dan prestasi penebat yang baik, penampilannya lancar dan licin, proses ikatan mudah, dan tiada masalah elektrokimia kakisan. Walau bagaimanapun, teknologi ikatan juga mempunyai beberapa kelemahan, seperti kesukaran dalam kawalan kualiti ikatan, penyebaran besar ikatan ikatan, kekurangan kaedah pemeriksaan yang boleh dipercayai, keperluan ketat untuk rawatan permukaan dan proses ikatan permukaan ikatan. Untuk badan komposit serat karbon, gam adalah sambungan utama.
2.2 Sambungan mekanikal
Sambungan mekanikal biasanya menggunakan rivet dan bolt dan merupakan jenis sambungan yang paling biasa. Kelebihan utama sambungan mekanikal adalah kebolehpercayaan sambungan yang tinggi, pemasangan berulang dan pemasangan semasa penyelenggaraan atau penggantian, keperluan untuk menangani permukaan, dan kesan terhadap alam sekitar agak kecil. Kekurangan utama penyertaan mekanikal adalah bahawa ia meningkatkan kualiti, menyebabkan kepekatan tekanan, dan menyebabkan kakisan elektrokimia bersentuhan dengan komposit. Perbandingan sambungan rivet dan sambungan bolt ditunjukkan dalam Rajah 1.
2.3 Sambungan bercampur
Untuk meningkatkan keselamatan dan keutuhan sambungan, dalam beberapa bahagian sambungan penting, kaedah sambungan hibrid sambungan gam dan sambungan mekanikal biasanya digunakan pada masa yang sama, dan kelebihan kedua-dua kaedah sambungan digunakan sepenuhnya untuk memastikan kekuatan dan titik sambungan yang tinggi. kebolehpercayaan.
2.4 kimpalan
Teknologi kimpalan terutamanya digunakan untuk bahagian-bahagian komposit termoplastik. Prinsip asas adalah memanaskan resin pada permukaan komposit termoplastik cair, dan kemudian bertekanan dan bergabung dengannya. Terdapat tiga kaedah utama kimpalan: kimpalan ultrasonik, kimpalan induksi elektrik dan kimpalan rintangan. Kelebihan kimpalan adalah kesan koneksi yang baik dan kitaran pendek, tiada rawatan permukaan, kekuatan sendi yang tinggi, tekanan rendah, dan sebagainya; kelemahannya adalah bahawa ia tidak mudah untuk dibongkar, dan ia perlu menambah bahan konduktif atau wayar. Di samping itu, dalam proses pengacuan anggota struktur komposit, penyambung logam boleh terbenam dalam bentuk gentian serat, dan bahan komposit dan komponen tertanam logam disepadukan selepas pengacuan, dan komponen komposit boleh disambungkan oleh logam yang terbenam komponen untuk mengelakkan komposit kerosakan Machined.
3 Kelebihan aplikasi untuk kereta
Beberapa faktor perlu dipertimbangkan apabila memilih bahan-bahan automotif, seperti sifat mekanik, ringan, kestabilan bahan, reka bentuk bahan, dan proses. Setiap faktor akan mempunyai kesan yang signifikan terhadap reka bentuk, pengeluaran, penjualan dan penggunaan kereta. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, Polimer Diperbuat Serat Karbon (CFRP) telah menjadi bahan automotif baru dengan ciri-ciri prestasi yang unik. Komposit matriks polimer bertetulang serat karbon mempunyai kelebihan berikut bahan-bahan automotif yang lain.
3.1 Sifat mekanik yang sangat baik
Kompleks matriks resin bertetulang serat karbon (CFRP) mempunyai ketumpatan 1.5 hingga 2 g / cm3, yang hanya 1/4 hingga 1/5 daripada keluli karbon biasa, dan lebih kurang 1/3 lebih ringan daripada aloi aluminium, tetapi serat karbon bahan komposit Ciri-ciri mekanikal komprehensif jauh lebih baik daripada bahan metalik, dan kekuatan tegangan adalah 3 hingga 4 kali ganda daripada keluli. Kekuatan kelelahan keluli dan aluminium adalah 30% hingga 50% kekuatan tegangan, manakala CFRP boleh mencapai 70% hingga 80%. Pada masa yang sama, CFRP juga mempunyai ciri-ciri redaman getaran yang lebih baik daripada logam ringan. Contohnya, aloi ringan memerlukan 9s untuk menghentikan getaran. Bahan komposit serat karbon boleh dihentikan selama 2 saat, dan kekuatan khusus dan modulus khusus adalah tinggi.
3.2 Boleh Diperiksa
Bahan komposit serat karbon mempunyai reka bentuk yang kuat, dan boleh memilih bahan asas dengan munasabah mengikut keperluan prestasi, reka bentuk susunan gentian dan bentuk struktur bahan komposit, dan reka bentuk fleksibel produk. Sebagai contoh, dengan menyusun gentian karbon ke arah tenaga, anisotropi kekuatan bahan komposit dapat digunakan sepenuhnya, dengan itu mencapai matlamat menyelamatkan bahan dan mengurangkan kualiti. Untuk produk yang memerlukan rintangan kakisan, bahan asas dengan rintangan kakisan yang baik boleh dipilih untuk reka bentuk.
3.3 Pembuatan bersepadu adalah mungkin
Modulariti dan integrasi juga merupakan trend pembangunan struktur kereta. Bahan-bahan komposit mudah untuk membentuk permukaan melengkung pelbagai bentuk semasa membentuk, membolehkan pembuatan bersepadu bahagian-bahagian automotif. Pencetakan bersepadu tidak hanya boleh mengurangkan bilangan bahagian dan jumlah acuan, mengurangkan bilangan bahagian dan proses lain, tetapi juga memendekkan kitaran pengeluaran. Sebagai contoh, jika modul akhir kereta terbuat dari bahan serat serat karbon, ia dapat merealisasikan pencetakan bersepadu yang bersifat integral, mengelakkan tumpuan tekanan tempatan yang disebabkan oleh kimpalan penjahit yang berikutnya dan pemprosesan bahagian logam yang kemudian, dan mengurangkan bahagian-bahagian kereta semasa memastikan ketepatan produk dan meningkatkan prestasi. Kualiti, mengurangkan kos pembuatan.
3.4 Penyerapan tenaga dan rintangan kesan
Kompleks matriks resin bertetulang serat karbon (CFRP) mempunyai viscoelasticity tertentu, dan terdapat pergerakan relatif tempatan yang sedikit antara serat karbon dan matriks, yang boleh menjana geseran interfacial. Di bawah sinergi viscoelasticity dan geseran interfacial, bahagian CFRP mempunyai penyerapan tenaga yang lebih baik dan rintangan kesan. Sebaliknya, struktur penyerapan serat karbon bersatu serat khas yang ditenun menjadi pecahan yang lebih kecil dalam perlanggaran berkelajuan tinggi, menyerap sejumlah besar tenaga impak, dan kapasiti penyerapan tenaganya adalah 4-5 kali lebih tinggi daripada bahan logam, yang boleh memperbaiki kenderaan secara berkesan. Keselamatan untuk melindungi keselamatan anggota.
3.5 Rintangan kakisan yang baik
Bahan serat matrik polimer bertetulang serat karbon terutamanya terdiri daripada gentian serat karbon dan bahan resin, dan mempunyai ketahanan asid dan alkali yang sangat baik. Bahagian-bahagian automobil yang dihasilkan oleh yang sama tidak memerlukan rawatan anticorrosion permukaan, dan mempunyai rintangan cuaca yang baik dan rintangan penuaan, dan hayat perkhidmatan secara amnya Ia adalah 2 hingga 3 kali keluli.
3.6 Prestasi suhu yang baik
Serat karbon mempunyai prestasi yang sangat stabil di bawah 400 ° C dan tidak banyak berubah pada suhu 1000 ° C.
3.7 Rintangan keletihan yang baik
Bahan bertetulang serat karbon mempunyai penghalang kepada pertumbuhan retak yang seringkali serat, dan rintangan keletihannya boleh mencapai 70% hingga 80%. Struktur serat karbon stabil, dan kekuatan bahan komposit selepas ujian kitaran tekanan keletihan berjuta-juta kali. Masih ada 60%, sementara keluli dan aluminium masing-masing 40% dan 30%, dan FRP hanya 20% hingga 25%. Oleh itu, rintangan keletihan komposit serat karbon sesuai untuk pelbagai aplikasi dalam industri automotif.
4 Analisis ekonomi kenderaan penumpang tenaga baru
Disebabkan rujukan serat karbon, berat badan dapat dikurangkan lebih dari 50%. Mengambil berat badan 100kg model A-kelas biasa sebagai contoh, berat kenderaan keseluruhannya sangat jelas. Ia dapat dijelaskan dari aspek berikut: 1 untuk 1 Bagi kereta penumpang dengan jarak memandu 300km dan penggunaan kuasa 45kW · h, jarak memandu yang sama dapat dikurangkan oleh 3.6kW · h oleh pakar industri "100kg per pengurangan berat badan dan peningkatan kadar memandu 8% ". Kos penjimatan bateri ialah kira-kira 0.6 juta yuan; 2, dengan kitaran hayat 400,000 kilometer dan kos elektrik purata 0.9 yuan / kW · h, kos elektrik boleh disimpan dalam kitaran hayat kenderaan sebanyak 400,000 / 100 × 1.2 × 0.9 = 0.32 juta yuan. 100km menyimpan 1.2kW · h perhitungan elektrik); 3 Oleh kerana penggunaan bahan serat karbon, mengambil skala produksi sebanyak 50,000 kenderaan sebagai contoh, pelaburan yang disimpan dalam teknologi dan peralatan diubah menjadi setara ekonomi kenderaan elektrik, di setiap kenderaan. Pelunasan itu akan menjimatkan kira-kira 2,000 yuan; 4 kerana proses itu diperkemas, kos kakitangan dapat diselamatkan sekurang-kurangnya 1,000 yuan / Taiwan.
Secara keseluruhan, kos purata setiap kenderaan adalah 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 1.33 juta, tetapi kos ini tidak mencukupi untuk mengimbangi peningkatan kos bahan itu sendiri kerana pengenalan serat karbon. Ia dapat dilihat bahawa penggunaan badan serat karbon masih mempunyai masalah besar. Jika anda ingin mempromosikan badan ringan, anda hanya boleh mula mengurangkan pelaburan dalam teknologi dan peralatan. Secara keseluruhan, kos purata setiap kenderaan adalah 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 1.33 juta, tetapi kos ini tidak mencukupi untuk mengimbangi peningkatan kos bahan itu sendiri kerana pengenalan serat karbon. Ia dapat dilihat bahawa penggunaan badan serat karbon masih mempunyai masalah besar.
Jika anda ingin mempromosikan badan ringan, anda hanya boleh mula mengurangkan pelaburan dalam teknologi dan peralatan.
Sekiranya kereta menyedari pengeluaran besar-besaran badan gentian karbon, kos bahan serat karbon itu sendiri juga akan turun secara drastik, dan kesan keseluruhan industri akan menjadi agak besar, dan manfaat ekonomi akan menjadi semakin jelas. Ini hanya dianalisis dari perspektif serat karbon. Jika kita mempertimbangkan faktor mengurangkan berat badan aloi aluminium sebanyak 50kg, kesan ekonomi adalah jelas.
5 untuk perkembangan badan
Memandangkan ciri-ciri bahan komposit bertetulang serat karbon, bahan tersebut secara beransur-ansur disukai oleh pengeluar kereta. Dianggarkan bahawa dalam sektor automotif, penggunaan serat karbon berkembang pada kadar tahunan purata 34% dan akan mencapai 23,000 tan menjelang tahun 2020. Rajah 2 adalah pelan untuk pembangunan komposit bertetulang gentian karbon untuk badan.
Pada masa ini, bahan serat bertetulang karbon serat digunakan terutamanya untuk penutup badan, bahagian hiasan dan ahli struktur pada badan. Sebagai contoh, BMW telah menggunakan komposit serat karbon untuk membuat bahagian struktur badan dalam pelbagai model yang telah dibangunkan, yang telah menjadi momen penting bagi komposit serat karbon dalam pembuatan automotif. Pada masa yang sama, BMW terus bekerjasama dengan SGL (SGL) untuk melabur 100 juta euro untuk membangunkan serat karbon rendah dan meningkatkan pengeluaran serat karbon daripada 3,000 tan setahun kepada 9000 tan untuk memenuhi kenderaan elektrik i-siri BMW yang semakin meningkat dan lain-lain. Permintaan untuk model.
6 Kesimpulan
Ringkasnya, komposit matriks resin bertetulang serat karbon (CFRP) telah menjadi hala tuju penting bagi bahan-bahan automotif baru pada masa depan disebabkan kelebihan prestasi yang unik. Walau bagaimanapun, jika bahan ini dipromosikan dan diguna pakai di bidang automotif, adalah perlu untuk memulakan penyelidikan dan pembangunan kerjasama industri, akademik dan penyelidikan dari aspek-aspek berikut: 1 untuk terus mencari peneraju serat karbon kos yang lebih rendah; 2 untuk membangunkan proses baru bagi pembuatan serat karbon, seperti kestabilan bahan-bahan pendahulunya. 3; mengoptimumkan parameter proses pembuatan serat karbon atau menggunakan serat karbon nano untuk meningkatkan lagi prestasi komposit CFRP; 4 membangunkan bahagian-bahagian CFRP yang mencetak teknologi pembuatan cepat dan berkesan, seperti teknologi pengawetan pesat, teknologi kawalan aliran bahan komposit; 5 Gunakan teknologi analisis simulasi komputer (CAE) untuk memilih bahan komposit serat karbon yang berbeza dan mengoptimumkan parameter proses pengacuan.
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------
XIAMEN LFT COMPOSITE PLASTIC CO., LTD.
Fokus pada (LFT-G, LFRT) R & D dan pengeluaran: PA, PP, TPU, PPS, PBT, PPA gentian kaca panjang & serat karbon berterusan penyusupan termoplastik komposit kejutan siri kejuruteraan plastik
Jika anda memerlukan lebih banyak maklumat, sila hubungi saya.
Mike Lee
E-mel: sale02@lfrtplastic.com
Telefon bimbit: + 86-180-5026-9764 (wechat / whatsapp / skype)
Laman web: www.lfrt-plastic.com
Tambah: No.27 Hongxi Road, Taman Teknologi Tiangong Chuangxin, Maxiang Town, Xiang'an Dist., Xiamen, Fujian, China.
