Uhlíkové vlákno sa vo všeobecnosti kombinuje s epoxidovou živicou na vytvorenie kompozitného materiálu. Tento kompozitný materiál zdedí rad výhod, ako je špecifická pevnosť, špecifický modul, odolnosť proti únavu a absorpcia energie a odolnosť samotného uhlíkového vlákna pred nárazmi. Zároveň zdedí epoxid. Návrh živice je flexibilný a rôznorodý a aplikácia je cielená. V porovnaní s konštrukčnými časťami z hliníkovej zliatiny môže účinok znižovania hmotnosti kompozitov z uhlíkových vlákien dosiahnuť 20% až 40%. V porovnaní s oceľovými kovovými časťami môže účinok znižovania hmotnosti kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien dosiahnuť 60% až 80%. Použitie kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien nielen znížilo kvalitu celého vozidla, ale tiež do určitej miery ovplyvnilo a zmenilo proces výroby automobilov.
1 Typ procesu
Uhľovzdorné polyméry s uhlíkovými vláknami (CFRP) označujú materiál získaný spojením uhlíkových vlákien ako vystužujúcej fázy s termoplastickým alebo termosetovým živicovým materiálom. Výrobná technológia CFRP kompozitov zahŕňa predovšetkým procesy prepreg a kvapaliny. Porovnávacia analýza typov procesov kompozitov z polymérnych matric zosilnených uhlíkovými vláknami je uvedená v tabuľke 1.
2 Technológia montáže automobilových dielov
Kombinovaná montáž medzi kompozitnými automobilovými časťami a spojenie medzi kompozitnými časťami a kovovými komponentmi je nevyhnutným problémom. Kompozitný materiál je anizotropný, medzivrstva je pomerne nízka a ťažnosť je malá, čo robí dizajn a analýzu kompozitných kĺbov oveľa komplikovanejší ako kov. Spojenie medzi tradičnými kovovými časťami automobilového priemyslu sa nevzťahuje na kompozitné materiály. Prepojenia je preto dôležité pochopiť a zlepšiť spôsob, akým sa spojovacie a kompozitné materiály automobilov spoja a zabezpečujú.
Miestna koncentrácia stresu je spôsobená kontinuitou rozbitých vlákien. Kompozitné spoje sú zvyčajne najslabším článkom v celkovej štruktúre, takže zabezpečenie pevnosti spoja je kľúčom k kompozitnému konštrukčnému návrhu. Kompozitné materiály sú rozdelené hlavne do troch kategórií: lepené spoje, mechanické spoje a hybridné kĺby týchto dvoch. Pre termoplastické kompozity existujú aj zváracie techniky. Kompozitný dizajn technológie spojov sa musí určiť na základe špecifického použitia komponentov a konštrukčných požiadaviek.
2.1 pripojenie lepidla
V porovnaní s mechanickým pripojením je hlavnou výhodou spojovacej technológie, že nedochádza k žiadnej koncentrácii napätia spôsobenej otvorom, kvalita konštrukcie je znížená, odolnosť voči únavám, tlmenie vibrácií a izolačné vlastnosti sú dobré, vzhľad je hladký a hladký, proces spájania je jednoduchý a neexistuje žiadny problém s elektrochemickou koróziou. Spájacia technológia má však aj určité nedostatky, ako napríklad problémy pri kontrole kvality lepenia, veľká disperzia spojivovej pevnosti, nedostatok spoľahlivých metód kontroly, prísne požiadavky na povrchovú úpravu a proces viazania spojovacej plochy. Pre kompozitné teleso z uhlíkových vlákien je hlavným pripojením lepidlo.
2.2 Mechanické pripojenie
Mechanické spojenia typicky používajú nity a skrutky a sú najbežnejším typom pripojenia. Hlavnou výhodou mechanického pripojenia je vysoká spoľahlivosť spojenia, opakovaná demontáž a montáž počas údržby alebo výmeny, potreba riešiť povrch a vplyv na životné prostredie je pomerne malý. Hlavná nevýhoda mechanického spojenia spočíva v tom, že zvyšuje kvalitu, spôsobuje stresovú koncentráciu a spôsobuje elektrochemickú koróziu v styku so zložením. Porovnanie pripojenia nitu a pripojenia skrutky je znázornené na obrázku 1.
2.3 Zmiešané spojenie
Aby sa zlepšila bezpečnosť a celistvosť spojenia, v niektorých dôležitých častiach pripojenia sa bežne používa hybridná metóda pripojenia lepidla a mechanického pripojenia súčasne a výhody obidvoch spôsobov pripojenia sa plne využívajú na zabezpečenie dostatočného pevnosť a vysoký bod pripojenia. spoľahlivosť.
2.4 Zváranie
Zváracia technika sa používa hlavne pre termoplastické kompozitné časti. Základným princípom je ohrievanie živice na povrchu roztaveného termoplastického kompozitu a následné natlakovanie a spojenie. Existujú tri hlavné metódy zvárania: ultrazvukové zváranie, elektrické indukčné zváranie a odporové zváranie. Výhody zvárania sú dobré spojovacie účinky a krátky cyklus, povrchová úprava, vysoká pevnosť spoja, nízke namáhanie atď .; nevýhodou je, že nie je ľahké rozoberať a je potrebné pridať vodivé materiály alebo drôty. Okrem toho v procese tvarovania kompozitného konštrukčného prvku môže byť kovový konektor vložený do predlisku vlákien a kompozitný materiál a kovová vložená súčasť sú integrované po lisovaní a kompozitný komponent môže byť spojený s vloženým kovom aby sa zabránilo kompozitom poškodeného materiálu.
3 Aplikačné výhody pre automobily
Pri výbere automobilových materiálov je potrebné brať do úvahy niekoľko faktorov, ako sú mechanické vlastnosti, nízka hmotnosť, stabilita materiálov, určiteľnosť materiálu a spracovateľnosť. Každý faktor bude mať významný vplyv na dizajn, výrobu, predaj a používanie automobilu. V posledných rokoch sa karbónové vlákna spevnené polyméry (CFRP) stali novým automobilovým materiálom s jedinečnými výkonnostnými vlastnosťami. Kompozity z polymérnej matrice vystužené uhlíkovými vláknami majú nasledujúce výhody oproti iným automobilovým materiálom.
3.1 Vynikajúce mechanické vlastnosti
Zložená živicová matrica zosilnená uhlíkovými vláknami (CFRP) má hustotu 1,5 až 2 g / cm3, ktorá je len 1/4 až 1/5 obyčajnej uhlíkovej ocele a je asi o 1/3 ľahšia ako hliníková zliatina, ale uhlíkové vlákno kompozitný materiál Komplexné mechanické vlastnosti sú podstatne lepšie ako u kovových materiálov a pevnosť v ťahu je 3 až 4 krát väčšia ako u ocele. Únavová pevnosť ocele a hliníka je 30% až 50% pevnosti v ťahu, zatiaľ čo CFRP môže dosiahnuť 70% až 80%. Súčasne CFRP má lepšie charakteristiky tlmenia vibrácií ako ľahký kov. Napríklad ľahká zliatina potrebuje 9 sekúnd na zastavenie vibrácií. Kompozitný materiál z uhlíkových vlákien sa môže zastaviť na 2 sekundy a špecifická pevnosť a špecifický modul sú vysoké.
3.2 Určené
Kompozitný materiál z uhlíkových vlákien má vysokú vymedzenosť a môže vybrať základný materiál primerane podľa požiadaviek na výkon, navrhovať usporiadanie vlákien a konštrukčnú formu kompozitného materiálu a flexibilne navrhnúť výrobok. Napríklad usporiadaním uhlíkových vlákien v smere sily je možné úplne využiť anizotropiu pevnosti kompozitného materiálu, čím sa dosiahne účel šetrenia materiálov a zníženia kvality. Pre výrobky, ktoré vyžadujú odolnosť proti korózii, sa pre dizajn môže zvoliť základný materiál s dobrou odolnosťou proti korózii.
3.3 Integrovaná výroba je možná
Modularita a integrácia sú tiež trendom vývoja automobilovej štruktúry. Kompozitné materiály ľahko tvoria zakrivené plochy rôznych tvarov počas tvarovania, čo umožňuje integrovanú výrobu automobilových dielov. Integrované lisovanie môže nielen znížiť počet dielov a počet foriem, znížiť počet dielov a iných procesov, ale tiež výrazne skrátiť výrobný cyklus. Napríklad, ak je predný koncový modul automobilu vyrobený z kompozitného materiálu z uhlíkových vlákien, môže realizovať integrálne integrované tvarovanie, vyhýba sa miestnej koncentrácii napätia spôsobenej následným zváraním na mieru a následným spracovaním kovových častí a redukciou automobilových častí pri súčasnom zabezpečení presnosti výrobku a zlepšovanie výkonnosti. Kvalita a znižovanie výrobných nákladov.
3.4 Absorpcia energie a odolnosť proti nárazu
Zloženie živicovej matrice zosilnené uhlíkovými vláknami (CFRP) má určitú viskoelasticitu a medzi uhlíkovým vláknom a matricou existuje mierny lokálny relatívny pohyb, ktorý môže vytvárať medzifázové trenie. V rámci synergie viskoelasticity a povrchového trenia majú CFRP časti lepšiu absorpciu energie a odolnosť proti nárazu. Na druhej strane špeciálne tkaná kompozitná štruktúra absorbujúca zrážku z uhlíkových vlákien sa pri rýchlej kolízii rozpadá na menšie úlomky, absorbuje veľké množstvo nárazovej energie a kapacita absorpcie energie je 4 až 5 krát vyššia ako kapacita kovových materiálov, ktoré môžu efektívne vylepšiť vozidlo. Bezpečnosť na ochranu členskej bezpečnosti.
3.5 Dobrá odolnosť proti korózii
Zložený materiál z polymérnej matrice vystuženej uhlíkovými vláknami pozostáva predovšetkým z vlečiek z uhlíkových vlákien a živičného materiálu a má vynikajúcu odolnosť voči kyselinám a zásadám. Automobilové diely, ktoré vyrábajú, nepotrebujú povrchovú antikoróznu úpravu a majú dobrú odolnosť proti poveternostným vplyvom a odolnosť proti starnutiu a životnosť je vo všeobecnosti 2 až 3 krát vyššia ako u ocele.
3.6 Dobrý tepelný výkon
Uhlíková vláknina má veľmi stabilný výkon pod 400 ° C a veľmi sa nemení pri 1 000 ° C.
3.7 Dobrá odolnosť voči únavu
Materiál spevnený uhlíkovými vláknami bráni rastu únavových trhlín vlákna a jeho odolnosť voči únavu môže dosiahnuť 70% až 80%. Štruktúra uhlíkových vlákien je stabilná a pevnosť kompozitného materiálu po cyklickom teste únavovej únavy je miliónkrát. Stále je 60%, zatiaľ čo oceľ a hliník sú 40% a 30% a FRP je len 20% až 25%. Preto odolnosť kompozitov z uhlíkových vlákien na únavu je vhodná pre širokú škálu aplikácií v automobilovom priemysle.
4 Ekonomická analýza nových energetických osobných vozidiel
Vďaka odkazu na uhlíkové vlákno môže byť hmotnosť tela znížená o viac ako 50%. Vzhľadom na stratu hmotnosti 100 kg typického modelu triedy A je príkladom celková hmotnosť vozidla. Dá sa to vysvetliť z nasledujúcich aspektov: 1 pre 1 Pre osobný automobil s maximálnou vzdialenosťou 300 km a výkonom 45kW · h môže byť rovnaký rozsah jazdy znížený o 3,6kW · h priemyslom "100 kg na zníženie hmotnosti a zvýšenie rozsahu jazdy o 8% ". Úspora nákladov na batériu je približne 0,6 milióna juanov; 2 s životným cyklom 400 000 kilometrov a priemernými nákladmi na elektrickú energiu vo výške 0,9 juan / kW · h, náklady na elektrickú energiu je možné ušetriť v životnom cykle vozidla o 400 000/100 × 1,2 × 0,9 = 0,32 milióna juanov. 100 km úspora 1,2 kW · h výpočet elektriny); 3 Vďaka použitiu materiálov z uhlíkových vlákien, napríklad ako výrobná škála 50 000 vozidiel, sú ušetrené investície do technológií a zariadení konvertované na ekonomické ekvivalenty elektrických vozidiel v každom vozidle. Amortizácia ušetrí asi 2000 juanov; 4, pretože proces je zefektívnený, osobné náklady môžu byť uložené aspoň 1000 juanov / Taiwan.
Celkovo sú priemerné náklady na vozidlo 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 milióna, ale tieto náklady nestačia na vyrovnanie nárastu nákladov na samotný materiál vďaka zavedeniu uhlíkových vlákien. Je zrejmé, že použitie karbónu z uhlíkových vlákien má stále veľký problém. Ak chcete propagovať ľahké telo, môžete začať znižovať investície do technológií a zariadení. Celkovo sú priemerné náklady na vozidlo 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 milióna, ale tieto náklady nestačia na vyrovnanie nárastu nákladov na samotný materiál vďaka zavedeniu uhlíkových vlákien. Je zrejmé, že použitie karbónu z uhlíkových vlákien má stále veľký problém.
Ak chcete propagovať ľahké telo, môžete začať znižovať investície do technológií a zariadení.
Ak automobil uskutoční masovú výrobu karosérie z uhlíkových vlákien, náklady na samotný materiál z uhlíkových vlákien tiež klesnú drasticky a celý priemyselný efekt bude dosť veľký a ekonomické výhody sa stanú čoraz očividnejšími. Tieto sú analyzované len z hľadiska uhlíkových vlákien. Ak vezmeme do úvahy faktor zníženia hmotnosti telesa z hliníkovej zliatiny o 50 kg, ekonomický efekt je samozrejmý.
5 pre vývoj tela
Z hľadiska charakteristík kompozitných materiálov vystužených uhlíkovými vláknami sú takéto materiály postupne zvýhodňované výrobcami automobilov. Odhaduje sa, že v automobilovom priemysle sa využívanie uhlíkových vlákien zvyšuje s priemernou ročnou mierou 34% a do roku 2020 dosiahne 23 000 ton. Obrázok 2 je plán vývoja kompozitov vystužených uhlíkovými vláknami pre telo.
V súčasnosti sa kompozitné materiály vystužené uhlíkovými vláknami používajú hlavne na pokrytie tela, dekoratívne časti a konštrukčné prvky na tele. Napríklad BMW používal kompozitné materiály z uhlíkových vlákien na výrobu konštrukčných dielov karosérie v rôznych modeloch, ktoré vyvinula, čo sa stalo dôležitým momentom pre kompozitné materiály z uhlíkových vlákien v automobilovej výrobe. Spoločnosť SGL zároveň spolupracovala so spoločnosťou SGL na investovaní 100 miliónov eur do vývoja nízkonákladových uhlíkových vlákien a zvýšenie produkcie uhlíkových vlákien z 3 000 ton ročne na 9 000 ton, aby splnili rastúce elektrické vozidlá radu BMW i a iní. Dopyt po modeloch.
6 Záver
Stručne povedané, kompozity z matricových živíc vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP) sa v budúcnosti stali dôležitým smerom vývoja nových automobilových materiálov vďaka ich jedinečným výkonovým výhodám. Ak sa však má tento materiál propagovať a používať v oblasti automobilového priemyslu, je potrebné začať spoločný výskum a vývoj priemyslu, akademickej obce a výskumu z nasledujúcich aspektov: 1 ďalej sa usilovať o nižšie náklady na prekurzor uhlíkových vlákien; 2 na vývoj nových procesov výroby uhlíkových vlákien, ako je stabilita prekurzorov. 3; optimalizovať parametre výrobného procesu uhlíkových vlákien alebo použiť nano-uhlíkové vlákna na ďalšie zlepšenie výkonu kompozitov CFRP; 4 vyvinúť rýchle a účinné CFRP diely tvárnenie výrobné technológie, ako je technológia rýchleho vytvrdzovania, technológia kompozitného toku materiálu; 5 Použite technológiu počítačovej simulačnej analýzy (CAE) na výber rôznych kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien a optimalizujte parametre procesu tvarovania.
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------
XIAMEN LFT COMPOSITE PLASTIC CO, LTD.
Zameranie na výskum a vývoj (LFT-G, LFRT) Výskum a vývoj: PA, PP, TPU, PPS, PBT, PPA dlhé sklenené vlákna a uhlíkové vlákna kontinuálna infiltracia termoplastická kompozitná armatúra
Ak potrebujete ďalšie informácie, neváhajte a kontaktujte ma.
Mike Lee
Email: sale02@lfrtplastic.com
Mobilný telefón: + 86-180-5026-9764 (wechat / whatsapp / skype)
Webová stránka: www.lfrt-plastic.com
Pridať: No.27 Hongxi Road, Technologický park Tiangong Chuangxin, Maxiang Town, Xiang'an Dist., Xiamen, Fujian, Čína.
