CFRP, naudojamas lengvųjų ir ekonominių keleivinių transporto priemonių naujiems energetiniams tyrimams

Anglies pluoštas paprastai derinamas su epoksidine derva, kad sudarytų kompozicinę medžiagą. Ši sudėtinė medžiaga paveldi daugybę privalumų, tokių kaip didesnė savitoji stipris, specifinis modulis, nuovargio stipris ir atsparumas smūgiams iš anglies pluošto. Tuo pačiu metu ji paveldi epoksidą. Dervos formuluotė yra lanksti ir universali, jos taikymas yra labai tikslingas. Palyginti su aliuminio lydinio konstrukciniais elementais, anglies pluošto kompozicinių medžiagų svorio mažinimo poveikis gali siekti 20-40%. Palyginti su plieno metalo komponentais, anglies pluošto kompozicinių medžiagų svorio mažinimo efektas gali siekti 60-80%. Anglies pluošto kompozitinių medžiagų naudojimas Tai ne tik sumažina bendrą transporto priemonių kokybę, bet ir tam tikru mastu įtakoja ir keičia automobilių gamybos procesą.

1 proceso tipas

Anglies pluošto sutvirtinti polimerai (CFRP) reiškia anglies pluošto sudėtinę dalį kaip sustiprinimo fazę ir termoplastinę arba termoreaktyvios dervos medžiagą. CFRP kompozicinių medžiagų gamybos technologija daugiausia apima prepregos formavimo ir skysto formavimo procesus. Anglies pluošto sustiprintų polimerinių matricų kompozitų procesų tipų palyginimas ir analizė parodyta 1 lentelėje.

2 automobilio surinkimo ir surinkimo technologijos

Sudėtinė automobilių detalių surinkimas ir ryšys tarp sudėtinių dalių ir metalinių dalių yra neišvengiama problema. Kompozicinė medžiaga yra anizotropinė, mažai tarpluminaus stiprumo ir mažo plastifikavimo, todėl kompozitinių medžiagų sąnarių projektavimas ir analizė yra daug sudėtingesnė nei metalai. Ryšys tarp tradicinių metalinių dalių automobilių pramonėje netinka kompozicinėms medžiagoms. Todėl prijungiant, labai svarbu suprasti ir patobulinti automobilio kompozitinių medžiagų prijungimo ir fiksavimo būdą bei pagrįstus pasirinkimus.

Atsižvelgiant į pluoštų, sulaužytų angas, tęstinumą sukelia vietinę streso koncentraciją. Kompozicinių medžiagų sąnariai paprastai yra silpniausia visos struktūros jungtis. Todėl labai svarbu užtikrinti sąnarių stiprią konstrukciniame kompozicinių medžiagų projekte. Kompozicinės medžiagos suskirstytos į tris pagrindines kategorijas: klijuotos jungtys, mechaninės jungtys ir hibridinės jungtys tarp dviejų. Termoplastiniams kompozitams yra suvirinimo būdai. Kompozitinių medžiagų jungčių technologijos dizainas turi būti nustatomas atsižvelgiant į konkrečias naudojimo sąlygas ir sudedamųjų dalių projektavimo reikalavimus.

2.1 klijuota jungtis

Palyginti su mechaniniu ryšiu, pagrindiniai sukibimo technologijos privalumai yra įtempių koncentracija, kurią sukelia nesusiduriamos angos, konstrukcijos kokybė, atsparumas nusidėvėjimui, geros vibracijos ir izoliacinės savybės, sklandus išvaizda, paprastas sujungimas ir nėra elektrocheminių korozijos problemų. Tačiau yra keletas trūkumų, susijusių su klijavimo technologijomis, pvz., Sudėtinga klijavimo kokybės kontrolė, palyginti didelis stiprumo atsparumas, patikimų tikrinimo metodų stygius ir griežti reikalavimai, susiję su paviršiaus apdorojimu ir klijavimu. Dėl anglies pluošto sudėtinio korpuso pagrindinis ryšys yra sujungimas.

2.2 Mechaninis jungimas

Mechaninis jungimas paprastai yra naudojamas kniedes ir varžtai, yra dažniausiai naudojamas jungtis. Pagrindinis mechaninio jungimo privalumas yra didelis jungties patikimumas, kuris gali būti pakartotinai išardomas ir sumontuotas techninės priežiūros ar pakeitimo metu, nereikalingas paviršiaus apdorojimas ir santykinai nedidelis poveikis aplinkai. Pagrindinis mechaninių jungčių trūkumas yra masės, įtempių koncentracijos ir metalų bei kompozitų elektrocheminio korozijos padidėjimas. Priklijuotų jungčių ir varžtų sujungimų palyginimas parodytas 1 paveiksle.

2.3 hibridinis jungtis

Siekiant pagerinti ryšio saugumą ir vientisumą, kai kuriose svarbiose ryšio vietose tuo pačiu metu yra priimamas hibridinis sujungimo ir mechaninio ryšio būdas, o dviejų ryšio būdų privalumai yra visapusiškai naudojami, siekiant užtikrinti, kad ryšio vieta yra pakankamai stiprus ir patikimas.

2.4 Suvirinimas

Suvirinimo technologija daugiausia taikoma termoplastinėms kompozicinėms detalėms. Pagrindinis principas yra šildyti dervą ant išlydyto termoplastinio kompozito paviršiaus, o po to įstumti spaudą, kad jis būtų integruotas. Suvirinimas daugiausia apima ultragarsinį suvirinimą, elektrinį indukcinį suvirinimą ir atsparų suvirinimą. Suvirinimo privalumai yra geras jungimas ir trumpas ciklas, be paviršiaus apdorojimo, didelio stiprumo, mažo streso ir tt; nepakankamumas yra sunkiai išardomas ir reikia pridėti laidžių medžiagų ar metalinių laidų. Be to, kompozitinio konstrukcinio elemento formavimo metu metalo jungtis gali būti įterpta į pluošto formą, o kompozicinė medžiaga ir metalinis įdėtas elementas yra integruojami po liejimo, o sudėtinės dalys gali būti prijungtos per metalinį įdėtą elementą išvengti žaliavų kompozitų apdirbimo.

3 Automobilio naudojimo pranašumai

Renkantis automobilių medžiagas, tokias kaip mechaninės savybės, lengvas svoris, medžiagų stabilumas, medžiagų tapatumas ir apdorojamumas, reikia atsižvelgti į keletą veiksnių. Kiekvienas iš šių veiksnių turės nežymią įtaką automobilių projektui, gamybai, pardavimui ir naudojimui. Pastaraisiais metais iš anglies pluošto sustiprintų polimerų (CFRP) tapo nauja automobilių medžiaga, kuri pritraukia dėmesį dėl savo unikalių charakteristikų. Palyginti su kitomis automobilių medžiagomis, anglies pluoštu sustiprinti polimero matricos kompozitai turi šiuos privalumus.

3.1 Puikios mechaninės savybės

Transporto priemonių anglies pluošto sutvirtintų dervų matricų kompozitų (CFRP) tankis yra nuo 1,5 iki 2g / cm3, kuris yra tik 1/4 iki 1/5 bendro anglies plieno ir yra apie 1/3 lengvesnis nei aliuminio lydinys, tačiau anglies pluošto pluošto kompozicinė medžiaga. Išsamios mechaninės savybės akivaizdžiai yra geresnės nei metalinės medžiagos, o jos tempiamasis stipris yra 3-4 kartus didesnis nei plieno. Plieno ir aliuminio nuovargio stipris yra nuo 30% iki 50% atsparumo tempimui, o CFRP gali siekti 70-80%. Tuo pačiu metu CFRP taip pat turi geresnes vibracijos slopinimo charakteristikas nei lengviems metalams, pavyzdžiui, lengviems lydiniams reikalaujama, kad 9 s sustabdytų vibraciją. Anglies pluošto kompozicinės medžiagos 2s gali būti sustabdytos ir turi didesnę specifinę stiprumą ir specifinį modulį.

3.2 Tinkamas

Anglies pluošto kompozicinės medžiagos konstrukcija yra stipri, o matricos medžiagą galima pagrįstai parinkti pagal eksploatacinių charakteristikų reikalavimus, pluoštų išdėstymas gali būti suprojektuotas, kompozicinės medžiagos struktūra ir gaminio dizainas gali būti lanksčiai atliekamas. Pavyzdžiui, organizuojant anglies pluoštus jėgos kryptimi, kompozicinės medžiagos stiprumas gali būti visiškai išnaudotas, taigi pasiekiamas materialinio taupymo ir kokybės mažinimo tikslas. Produktams, kuriems reikalinga atsparumo korozijai, dizaino metu gali būti naudojama bazinė medžiaga, pasižyminti geru atsparumu korozijai.

3.3 gali pasiekti integruotą gamybą

Moduliavimas ir integracija yra ir automobilių sektoriaus tendencijos. Sudarant sudėtinę medžiagą, lengvai formuojamas įvairių formų išlenktas paviršius, kad būtų galima integruoti automobilių detalių ir komponentų gamybą. Integruotas liejimas gali ne tik sumažinti dalių ir formų skaičių, sumažinti komponentų ir kitų procesų skaičių, bet taip pat žymiai sutrumpinti gamybos ciklą. Pavyzdžiui, jei priekinio galo automobilio modulis pagamintas iš anglies pluošto kompozitinės medžiagos, jis gali būti integruotas ir integruotas, kad būtų išvengta lokalizuotų įtempių koncentracijos, kurią sukelia vėlesnis suvirinimas ir vėlesnis metalinių dalių apdorojimas, tuo pačiu sumažinant gaminio tikslumą ir pagerinant jo veikimą tuo pačiu sumažinant automobilių dalis. Kokybė, mažinkite gamybos sąnaudas.

3.4 Energijos sugėrimas ir atsparumas smūgiams

Anglies pluošto armuotos dervos matricos kompozitai (CFRP) turi tam tikrą laipsnį viskoelastingumo ir yra nedidelis vietinis santykinis judėjimas tarp anglies pluošto ir matricos, kuris gali sukelti tarpinio trinties. Atsižvelgiant į viskoelastingumo ir tarpinės frikcijos sinergetinį poveikį, CFRP dalys turi geresnę energijos absorbciją ir atsparumą smūgiams. Kita vertus, specialiai absorbuotas anglies pluošto kompozitas suyra į smulkius greitųjų susidūrimų fragmentus, sugeria didelį smūginės energijos kiekį ir jo absorbcinis energijos pajėgumas yra 4-5 kartus didesnis nei metalinių medžiagų kiekis, kuris gali veiksmingai patobulinti transporto priemones. Saugumas, saugokite narių saugumą.

3.5 Geras atsparumas korozijai

Anglies pluošto armuotų polimerinių matricų kompozitai daugiausia susideda iš anglies pluošto pakulos ir dervos medžiagų ir turi puikių atsparumo rūgštims ir šarmams savybes. Auto dalys, pagamintos iš jų, nereikalauja jokio paviršiaus antiseptinio valymo, o jų atsparumas orui ir atsparumas senėjimui yra geras. Jų tarnavimo laikas yra geras. 2-3 kartus daugiau nei iš plieno.

3.6 aukšta temperatūra

Anglies pluošto, esant žemesnei kaip 400 ° C temperatūrai, veikimas išlieka labai stabilus ir reikšmingas pokytis neviršija 1 000 ° C.

3.7 Geras atsparumas nusidėvėjimui

Su anglies pluoštu sustiprintos medžiagos slopina nuovargio plyšio plitimą dėl pluošto, o jo atsparumas smūgiams gali siekti 70-80%. Anglies pluošto struktūra yra stabili. Po sudėtingos medžiagos nuovargio yra milijonai ciklų, jo stiprumo išlaikymo rodiklis Vis dar yra 60%, o plienas ir aliuminis yra atitinkamai 40% ir 30%, o stiklo pluoštas yra tik nuo 20% iki 25%. Todėl anglies pluošto kompozitų atsparumas nusidėvėjimui tinka daugeliui automobilių pramonėje.

4 Naujos energijos keleivinių transporto priemonių ekonominė analizė

Dėl anglies pluošto naudojimo kūną galima sumažinti daugiau kaip 50%. Pavyzdžiui, atsižvelgiant į svorio netekimą 100 kg tipiškoje A klasės transporto priemonėje, lengvo svorio reikšmė automobiliui yra labai akivaizdi. Tai galima paaiškinti iš šių aspektų: 1 Vienos stoties keleiviniam automobiliui su 300 km ir 45 kW · h įkrovimo pajėgumu tas pats važiavimo diapazonas gali būti sumažintas 3,6 kW · h, kaip apskaičiavo pramonės ekspertas, "100 kg / 100 kg, plius 8% važiavimo diapazono didinimas". Akumuliatoriaus taupymo kaina yra apie 0,6 milijono juanių; 2 Vidutinis 400 000 kilometrų vairavimo laikas ir elektros energijos sąnaudos apskaičiuojamos pagal 0,9 juanių / kW · h. Visos transporto priemonės elektros energijos sąnaudos gali sutaupyti 400000/100 × 1.2 × 0.9 = 0,43 milijono. 100 km taupo 1,2 kW · h elektros energiją.) 3 Dėl anglies pluošto medžiagų taikymo, atsižvelgiant į 50 000 transporto priemonių gamybos apimties pavyzdį, sutaupytos investicijos į įrangą ir investicijos į įrangą yra konvertuojamos į ekonomišką elektromobilių ekvivalentą, o kiekviena transporto priemonė yra Amortizacija sutaupyta apie 2000 juanių; 4, nes procesas yra supaprastintas, personalo išlaidos bent sutaupyti 1000 juanių / Taivanas.

Pirmiau nurodyti daiktai sutampa su vidutine sutaupymu 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 milijono juanių vienai transporto priemonei, tačiau šios išlaidos nepakanka, kad kompensuotų pačios medžiagos kainos padidėjimą dėl anglies pluošto įvedimo. Galima suprasti, kad vis dar yra didelių sunkumų taikant anglies pluošto kūnus. Jei norite skatinti lengvą kūną, galite pradėti tik mažinant proceso ir įrangos sąnaudas. Pirmiau nurodyti daiktai sutampa su vidutine sutaupymu 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 13,3 milijono juanių vienai transporto priemonei, tačiau šios išlaidos nepakanka, kad kompensuotų pačios medžiagos kainos padidėjimą dėl anglies pluošto įvedimo. Galima suprasti, kad vis dar yra didelių sunkumų taikant anglies pluošto kūnus.

Jei norite skatinti lengvą kūną, galite pradėti tik mažinant proceso ir įrangos sąnaudas.

Jei automobilis pasiekia masinę anglies pluošto kūno gamybą, taip pat bus žymiai sumažintos anglies pluošto medžiagos kainos, visas pramonės poveikis bus gana didelis, o ekonominė nauda taip pat tampa akivaizdi. Tai yra tik iš anglies pluošto analizės perspektyvos, jei jūs manote, kad aliuminio lydinio automobilio kūno svorio mažinimo koeficientas yra 50 kg, atsižvelgiant į tą pačią prielaidą teigiamą kaminą, ekonominis poveikis yra savaime suprantamas.

5 transporto priemonės kėbulo plėtros tendencijos

Atsižvelgiant į anglies pluošto sustiprintų kompozitų savybes, tokios rūšies medžiagą vis labiau teikia pirmenybė automobilių gamintojams. Manoma, kad automobilių sektoriuje anglies pluošto naudojimas vidutiniškai kasmet padidėja 34% ir iki 2020 m. Pasieks 23 000 tonų. 2 paveikslėlyje parodyta gelžbetonio pluoštu sustiprintų kompozitų kėbului plėtra.

Šiuo metu anglies pluoštu sustiprinti kompozitai daugiausia taikomi kėbulo plokštėms, kėbulo apdailai ir konstrukciniams elementams. Pvz., "BMW" naudojo daugybę anglies pluošto kompozicinių medžiagų, kuriant įvairius modelius kėbulo konstrukcinių dalių gamybai. Tai tapo svarbia momentu, kai anglies pluošto kompozicinės medžiagos naudojamos automobilių gamyboje. Tuo pat metu "BMW" toliau bendradarbiavo su "SGL" Vokietijoje, investuodama 100 milijonų eurų pigių anglies pluoštų moksliniams tyrimams ir plėtrai, taip pat padidindama anglies pluošto gamybą nuo 3000 tonų per metus iki 9000 tonų, kad atitiktų augančią "BMW i" -series elektriniai automobiliai ir kt. Modelių paklausa.

6 Išvada

Apibendrinant, anglies pluoštu sustiprintos dervos matricos kompozitai (CFRP) tapo svarbia ateities automobilių naujų medžiagų kūrimo kryptimi, turintys unikalių veiklos privalumų. Tačiau, norint paskatinti šios medžiagos naudojimą automobilių srityje, būtina pradėti bendradarbiauti atliekant mokslinius tyrimus, gamybą, mokymąsi ir mokslinius tyrimus iš šių aspektų: 1) toliau ieškoti pigesnių anglies pluošto prekursorių; (2) Sukurti naujus anglies pluošto gamybos procesus, tokius kaip pirmtakų medžiagų stabilizavimas. Technologijos; 3 Optimizuokite anglies pluošto gamybos proceso parametrus arba naudokite nano-anglies pluoštą, kad toliau pagerintumėte CFRP kompozicinių medžiagų našumą; 4 Sukurti greitus ir efektyvias CFRP dalių liejimo ir gamybos technologijas, tokias kaip sparčios kietėjimo liejimo technologijos ir kompozicinės medžiagos srauto valdymo technologijos; 5 Naudokite kompiuterio modeliavimo analizės technologiją (CAE), norėdami pasirinkti įvairias anglies pluošto kompozitines medžiagas ir optimizuoti liejimo proceso parametrus.