CFRP, ko izmanto vieglās un ekonomiskās analīzes jaunās enerģijas pasažieru transportlīdzekļiem

Oglekļa šķiedras parasti apvieno ar epoksīdu sveķiem, lai veidotu kompozītmateriālu. Šis kompozītmateriāls manto vairākas priekšrocības, piemēram, augstāku īpašo stiprību, specifisko moduli, noguruma stiprību un pašas oglekļa šķiedras triecienizturību. Tajā pašā laikā tas pārmanto epoksīdu. Gumijas sastāvs ir elastīgs un universāls, un tā pielietojums ir ļoti mērķtiecīgs. Salīdzinājumā ar alumīnija sakausējuma struktūras elementiem oglekļa šķiedru kompozītmateriālu svara samazināšanas efekts var sasniegt 20% līdz 40%. Salīdzinājumā ar tērauda metāla detaļām oglekļa šķiedru kompozītmateriālu svara samazināšanas efekts var sasniegt pat 60% līdz 80%. Oglekļa šķiedru kompozītmateriālu izmantošana Tas ne tikai samazina vispārējo transportlīdzekļu kvalitāti, bet arī zināmā mērā ietekmē un maina automobiļu ražošanas procesu.

1 procesa tips

Oglekļa šķiedrām stiegrotie polimēri (CFRP) attiecas uz oglekļa šķiedru salikumu kā pastiprinošu fāzi un termoplastisku vai termoreaktīvu sveķu materiālu. CFRP kompozītmateriālu ražošanas tehnoloģija galvenokārt ietver prepregveida un šķidruma veidošanas procesus. Oglekļa šķiedras pastiprinātu polimēru matricu kompozītu procesu veidu salīdzinājums un analīze ir parādīta 1. tabulā.

2 Automobiļu montāžas un montāžas tehnoloģijas

Apvienotā automobiļu detaļu salikšana un savienojums starp saliktām detaļām un metāla daļām ir neizbēgama problēma. Kompozītmateriāls ir anizotropisks, ar zemu interlaminar stiprumu un zemu plakuma pakāpi, padarot kompozītmateriālu locītavu konstrukciju un analīzi daudz sarežģītāku nekā metāli. Savienojums starp tradicionālajām metāla daļām automobiļu rūpniecībā nav piemērots kompozītmateriāliem. Tāpēc savienošanai ir būtiski saprast un uzlabot automobiļu kompozītmateriālu savienojuma un fiksēšanas veidu un veikt saprātīgas izvēles.

Sakarā ar to, ka atveres ir sadalītas šķiedras nepārtrauktību, tiek radīta vietēja stresa koncentrācija. Kompozītmateriālu locītavas parasti ir vājākā saite visai struktūrai. Tāpēc būtiski ir nodrošināt savienojumu izturību kompozītmateriālu konstrukcijas projektēšanā. Kompozītmateriāli ir sadalīti trijās galvenajās kategorijās, proti, līmēti savienojumi, mehāniskie savienojumi un hibrīdie savienojumi starp abiem. Termoplastiskajiem kompozītiem ir metināšanas paņēmieni. Kompozītmateriālu pieslēguma tehnoloģijas konstrukcija ir jānosaka saskaņā ar īpašajiem lietošanas nosacījumiem un detaļu konstrukcijas prasībām.

2.1 līmēts savienojums

Salīdzinājumā ar mehānisko savienojumu, galvenās savienošanas tehnoloģijas priekšrocības ir stresa koncentrācija, ko izraisa atveres, konstrukcijas kvalitātes samazināšana, izturība pret nogurumu, laba vibrācija un izolācijas īpašības, vienmērīgs izskats, vienkāršs savienošanas process un nav elektrotehnisku korozijas problēmu. Līmēšanas tehnoloģijā ir dažas nepilnības, piemēram, grūti kontrolēt līmēšanas kvalitāti, relatīvi lielu stiprības izkliedi, uzticamu pārbaudes metožu trūkumu un stingras prasības virsmas apstrādei un līmēšanas virsmu savienošanai. Oglekļa šķiedru kompozītajam ķermenim, savienojums ir galvenais savienojums.

2.2 Mehāniskais savienojums

Mehānisko savienojumu parasti izmanto kniedes un skrūves, ir visbiežāk izmantotais savienojums. Mehāniskās pieslēguma galvenā priekšrocība ir savienojuma augsta uzticamība, kuru var atkārtoti demontēt un apkopot apkopes vai nomaiņas laikā, nav nepieciešama virsmas apstrāde un tā relatīvi neliela ietekme uz vidi. Galvenais mehānisko savienojumu trūkums ir masas pieaugums, stresa koncentrācija un metālu un kompozītu elektroķīmiskā korozija. Nerūsējošo savienojumu un skrūvju savienojumu salīdzinājums parādīts 1. attēlā.

2.3. Hibrīds savienojums

Lai uzlabotu savienojuma drošību un integritāti, dažās svarīgās pieslēguma vietās vienlaicīgi tiek pieņemta hibrīda savienojuma metode savienošanai un mehāniskajam savienojumam, un divu savienojuma metožu priekšrocības tiek pilnībā izmantotas, lai nodrošinātu, ka pieslēguma vietne ir pietiekami izturīga un augsta uzticamība.

2.4 Metināšana

Metināšanas tehnoloģija galvenokārt tiek izmantota termoplastisko kompozītmateriālu detaļām. Pamatprincips ir sveķu sildīšana uz kausēta termoplastiska kompozītmateriāla virsmas, un pēc tam ievietojiet presi, lai to integrētu. Metināšana galvenokārt ietver ultraskaņas metināšanu, elektrisko indukciju metināšanu un pretestības metināšanu. Metināšanas priekšrocības ir labs savienojums un īss cikls, virsmas apstrāde, augsta savienojuma stiprība, zems spriegums utt .; neatbilstības ir grūti izjaukt, un tām ir nepieciešams pievienot vadošus materiālus vai metāla vadus. Turklāt kompozītmateriāla konstrukcijas elementa formēšanas laikā metāla savienotājs var tikt iestrādāts šķiedru sagatavē, un kompozītmateriāls un metāla iegults elements ir integrēti pēc formēšanas, un saliktas detaļas var savienot caur metāla iegulto elementu lai izvairītos no apstrādes ar bojājumiem kompozītiem.

3 Automašīnu izmantošanas priekšrocības

Izvēloties automobiļu materiālus, piemēram, mehāniskās īpašības, vieglo svaru, materiāla stabilitāti, materiālu apzīmējamību un apstrādājamību, jāņem vērā vairāki faktori. Katram no šiem faktoriem būs neliela ietekme uz automašīnu projektēšanu, ražošanu, pārdošanu un izmantošanu. Pēdējos gados Oglekļa šķiedrām stiegrotie polimēri (CFRP) ir kļuvuši par jaunu automobiļu materiālu, kas piesaista uzmanību, pateicoties tā unikālajām veiktspējas īpašībām. Salīdzinājumā ar citiem automobiļu materiāliem oglekļa šķiedras pastiprinātas polimēru matricas kompozītam ir šādas priekšrocības.

3.1 Lieliskas mehāniskās īpašības

Automašīnām ar oglekļa šķiedru pastiprinātu sveķu matricu kompozītu (CFRP) blīvums ir no 1,5 līdz 2 g / cm3, kas ir tikai 1/4 līdz 1/5 no kopējā oglekļa tērauda un ir aptuveni par 1/3 vieglāks nekā alumīnija sakausējums, bet oglekļa šķiedru kompozītmateriāls. Visaptverošās mehāniskās īpašības acīmredzami ir labākas par metāla materiāliem, un tā stiepes izturība ir 3 līdz 4 reizes lielāka nekā tērauda. Tērauda un alumīnija noguruma stiprība ir no 30% līdz 50% no stiepes izturības, un CFRP var sasniegt 70% līdz 80%. Tajā pašā laikā CFRP ir arī labāki vibrācijas amortizācijas rādītāji nekā vieglajiem metāliem, piemēram, vieglajam sakausējumam nepieciešama 9 sekundes, lai apturētu vibrāciju. Oglekļa šķiedru kompozītmateriālu 2s var apturēt un tam ir lielāka specifiskā stiprība un īpašais modulis.

3.2 Apzīmējams

Oglekļa šķiedru kompozītmateriāla dizains ir izturīgs, un matricas materiālu var saprātīgi izvēlēties atbilstoši darbības prasībām, šķiedru izvietojumu var izveidot, kā arī kompozītmateriāla struktūru un izstrādājuma konstrukciju var veikt elastīgi. Piemēram, organizējot oglekļa šķiedras spēka virzienā, kompozītmateriāla izturības anizotropija var tikt pilnībā izmantota, tādējādi panākot materiālu glābšanas un kvalitātes samazināšanas mērķi. Izstrādājumiem, kuriem nepieciešama izturība pret koroziju, dizaina laikā var izmantot bāzes materiālu ar labu izturību pret koroziju.

3.3 var sasniegt integrētu ražošanu

Modulizācija un integrācija ir arī tendences autobūves struktūrā. Kad tiek veidots kompozītmateriāls, viegli veidot izliektu dažādu formu virsmu, lai panāktu automašīnu detaļu un detaļu integrētu ražošanu. Integrētā formēšana var ne tikai samazināt detaļu un veidņu skaitu, samazināt komponentu un citu procesu skaitu, kā arī būtiski saīsināt ražošanas ciklu. Piemēram, ja automašīnas priekšējā gala modulis sastāv no oglekļa šķiedru kompozītmateriāla, to var integrāli veidot un integrēt, lai izvairītos no lokalizētas sprieguma koncentrācijas, ko izraisījusi metāla detaļu turpmāka metināšana un pēc tam apstrāde, vienlaikus samazinot ražojuma precizitāti un uzlabojot veiktspēju vienlaikus samazinot auto detaļas. Kvalitāte, samaziniet ražošanas izmaksas.

3.4 Enerģijas absorbcija un triecienizturība

Ar oglekļa šķiedru pastiprinātas sveķu matricas kompozīti (CFRP) ir zināms viskoelastības pakāpe, un starp oglekļa šķiedru un matricu ir neliela vietējā relatīvā kustība, kas var radīt starpsavienojumu berzi. Saskaņā ar viskoelastības un starpslāņu berzes sinerģisko efektu CFRP daļās ir labāka enerģijas absorbcija un triecienizturība. No otras puses, īpaši absorbētā oglekļa šķiedru kompozīta sadursme nelielos fragmentos ar lielu ātrumu sadursmē absorbē lielu trieciena enerģiju un tā enerģijas absorbcijas spēja ir 4 līdz 5 reizes lielāka nekā metāla materiālu, kas var efektīvi uzlabot transportlīdzekļus. Drošība, aizsargājiet dalībnieku drošību.

3.5. Laba pretkorozijas izturība

Ar oglekļa šķiedru pastiprinātas polimēru matricas kompozītus galvenokārt veido oglekļa šķiedru pakulas un sveķu materiāli, un tiem piemīt izcilas skābju un sārmu izturības īpašības. No tām izgatavotās auto detaļas nav nepieciešamas virsmas antiseptiskai apstrādei, un to izturība pret laika apstākļiem un pret novecošanos ir laba. Viņu kalpošanas laiks ir labs. 2 līdz 3 reizes lielāks nekā tērauda.

3.6 augstas temperatūras veiktspēja

Oglekļa šķiedras izturība temperatūrā, kas zemāka par 400 ° C, joprojām ir ļoti stabila un 1000 ° C temperatūrā nav būtisku izmaiņu.

3.7. Laba izturība pret nogurumu

Ar oglekļa šķiedru pastiprināti materiāli ir kavējoši ietekmē noguruma plaisu izplatīšanos šķiedras dēļ, un tā izturība pret nogurumu var sasniegt 70% līdz 80%. Oglekļa šķiedras struktūra ir stabila. Pēc kompozītmateriāla noguruma dzīves ir miljoniem ciklu, tā izturības saglabāšanās ātrums joprojām ir 60%, bet tērauds un alumīnijs ir attiecīgi 40% un 30%, un stikla šķiedra ir tikai 20% līdz 25%. Tāpēc oglekļa šķiedru kompozītmateriālu noguruma pretestība ir piemērota plašam pielietojumam autobūves nozarē.

4 Jaunu enerģiju pasažieru transportlīdzekļu ekonomiskā analīze

Pateicoties oglekļa šķiedras izmantošanai, ķermeni var samazināt par vairāk nekā 50%. Ņemot svara zudumu 100 kg uz tipisku A klases transportlīdzekli kā piemēru, viegla svara nozīme ir ļoti acīmredzama. To var izskaidrot no sekojošiem aspektiem: 1 Vienai stacijai Lai pasažieru automobilis ar 300 km un uzlādes ietilpību 45 kW · h, to pašu braukšanas diapazonu var samazināt par 3,6 kW · h, kā aprēķinājis nozares eksperts, "100 kg uz 100 kg, kā arī 8% pieaugums braukšanas diapazonā." Akumulatora taupīšanas izmaksas ir aptuveni 0.6 miljoni juaņa; 2 Vidējais dzīves ciklu 400 000 kilometru brauciena laikā un elektroenerģijas izmaksas aprēķina atbilstoši 0,9 juaņa / kW · h. Visa transportlīdzekļa elektroenerģijas izmaksas var ietaupīt 400000/100 × 1,2 × 0,9 = 0,43 milj. 100 km ietaupa 1,1kW · h elektroenerģiju.) 3 Tā kā oglekļa šķiedru materiālu pielietošana, piemēram, ņemot vērā 50 000 transportlīdzekļu ražošanas apjomu, ietaupītās ražošanas investīcijas un aprīkojuma ieguldījumi tiek pārveidoti par elektrisko transportlīdzekļu ekonomisko ekvivalentu, un katrs transportlīdzeklis ir Amortizācija saglabāta aptuveni 2000 juaņa; 4, jo process ir racionalizēts, personāla izmaksas vismaz ietaupīt 1000 juaņa / Taivāna.

Iepriekš minētie posteņi sasniedz vidējo ietaupījumu 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 miljoni juaņu uz vienu transportlīdzekli, taču šīs izmaksas nav pietiekamas, lai kompensētu paša materiāla izmaksu pieaugumu oglekļa šķiedras ieviešanas dēļ. Kā redzams, oglekļa šķiedras ķīmisko vielu lietošanā joprojām pastāv lielas problēmas. Ja vēlaties reklamēt vieglu ķermeni, jūs varat sākt tikai no procesa un aprīkojuma ievades samazināšanas. Iepriekš minētie posteņi sasniedz vidējo ietaupījumu 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 miljoni juaņu uz vienu transportlīdzekli, taču šīs izmaksas nav pietiekamas, lai kompensētu paša materiāla izmaksu pieaugumu oglekļa šķiedras ieviešanas dēļ. Kā redzams, oglekļa šķiedras ķīmisko vielu lietošanā joprojām pastāv lielas problēmas.

Ja vēlaties reklamēt vieglu ķermeni, jūs varat sākt tikai no procesa un aprīkojuma ievades samazināšanas.

Ja automobilis sasniegs oglekļa šķiedras ķermeņa masveida ražošanu, ievērojami samazināsies arī oglekļa šķiedras materiāla izmaksas, viss nozares efekts būs diezgan liels, un ekonomiskie ieguvumi kļūs arī acīmredzamāki. Tie ir tikai no oglekļa šķiedru analīzes viedokļa, ja jūs uzskatāt, ka alumīnija sakausējuma automašīnas ķermeņa masas samazināšanas koeficients ir 50 kg, tā paša iemesla dēļ ir pozitīvs kaudze, ekonomiskā ietekme ir pašsaprotama.

5 Transportlīdzekļa virsbūves attīstības tendences

Ņemot vērā oglekļa šķiedras stiegrotu kompozītu īpašības, automobiļu ražotājiem aizvien vairāk veicina šāda veida materiālu. Tiek lēsts, ka autobūves nozarē oglekļa šķiedras izmantošana pieaug vidēji par 34% gadā, un tā sasniegs 23 000 tonnas līdz 2020. gadam. 2. attēlā parādīts ceļa karte oglekļa šķiedru stiegrotu kompozītu izstrādei virsbūvei.

Pašlaik oglekļa šķiedru pastiprināti kompozīti galvenokārt tiek izmantoti virsbūves paneļiem, ķermeņa pārklājiem un struktūras komponentiem. Piemēram, BMW ir izmantojis daudzus oglekļa šķiedru kompozītmateriālus dažādu modeļu izstrādē, lai ražotu ķermeņa struktūras daļas. Tas ir kļuvis par svarīgu brīdi oglekļa šķiedru kompozītmateriālu izmantošanai automobiļu ražošanā. Vienlaikus BMW turpināja sadarbību ar SGL Vācijā, ieguldot 100 miljonus eiro zemu izmaksu oglekļa šķiedru izpētē un attīstībā un palielinot oglekļa šķiedru ražošanu no 3000 tonnām gadā līdz 9000 tonnām, lai apmierinātu pieaugošo BMW i -sērijas elektriskie transportlīdzekļi un citi. Pieprasījums pēc modeļiem.

6 Secinājums

Kopumā oglekļa šķiedras stiegrotu sveķu matricu kompozīti (CFRP) nākotnē kļūs par svarīgu attīstības virzienu jauniem automobiļu materiāliem, pateicoties savām veiktspējas priekšrocībām. Tomēr, lai veicinātu šī materiāla izmantošanu autotransporta nozarē, ir nepieciešams uzsākt kopīgu pētniecību un ražošanu, mācīšanos un pētniecību, izmantojot šādus aspektus: 1) turpmāka meklēšana par zemākas cenas oglekļa šķiedras prekursoriem; (2) Izstrādāt jaunas oglekļa šķiedras ražošanas procesus, piemēram, prekursoru materiālu stabilizāciju. Tehnoloģija; 3. Optimizējiet oglekļa šķiedru ražošanas procesa parametrus vai izmantojiet nano-oglekļa šķiedru, lai vēl vairāk uzlabotu CFRP kompozītmateriālu efektivitāti; 4 Izstrādāt ātras un efektīvas CFRP detaļu formēšanas un ražošanas tehnoloģijas, piemēram, ātras cietēšanas formēšanas tehnoloģijas un kompozītmateriālu plūsmas kontroles tehnoloģijas; 5 Izmantojiet datorizētās simulācijas analīzes tehnoloģiju (CAE), lai izvēlētos dažādus oglekļa šķiedru kompozītmateriālus un optimizētu formēšanas procesu parametrus.