Ugljično vlakno se općenito kombinira s epoksi smolom kako bi se oblikovao kompozitni materijal. Ovaj kompozitni materijal nasljeđuje niz prednosti kao što su specifična čvrstoća, specifični modul, snaga umora i apsorpcija energije te otpornost na udarce samog karbonskih vlakana. Istovremeno, nasljeđuje epoksid. Dizajn formulacije smole je fleksibilan i raznolik, a ciljana je aplikacija. U usporedbi s konstrukcijskim dijelovima aluminijske legure, učinak smanjenja težine kompozita od ugljičnih vlakana može doseći 20% do 40%. U usporedbi s metalnim dijelovima od čelika, učinak smanjenja težine kompozitnih materijala od ugljičnih vlakana može doseći 60% do 80%. Korištenje kompozitnih materijala od ugljičnih vlakana Ne samo da je smanjilo kvalitetu cijelog vozila, već je i do određene mjere utjecalo na promjenu procesa proizvodnje automobila.
1 Vrsta procesa
Polimeri pojačani karbonskim vlaknima (CFRP) odnose se na materijal dobiven kombiniranjem ugljičnih vlakana kao fasade za pojačanje s termoplastičnim ili termorazgradnim materijalom smole. Tehnologija proizvodnje CFRP kompozita uglavnom uključuje proces prepreg i tekućina. Usporedna analiza tipova procesa složenih polimernih matrica ojačanih ugljenim vlaknima prikazana je u tablici 1.
2 Tehnologija montaže spojnih dijelova za automobilske dijelove
Kombinirana montaža između kompozitnih automobilskih dijelova i veza između kompozitnih dijelova i metalnih komponenti neizbježan je problem. Kompozitni materijal je anizotropan, čvrstoća međusloja je relativno niska, a duktilnost je mala, što čini dizajn i analizu kompozitnih zglobova mnogo složeniji od metala. Veza između tradicionalnih metalnih dijelova automobilske industrije nije primjenjiva na kompozitne materijale. Povezanost je, stoga, od ključne važnosti razumjeti i poboljšati način na koji se kompoziti za automobilsku industriju spajaju i osiguravaju.
Lokalna koncentracija naprezanja uzrokovana je kontinuitetom slomljenih vlakana. Složeni spojevi obično su najslabija karika u cjelokupnoj strukturi, tako da osiguravanje čvrstoće spoja je ključ za kompozitni strukturni dizajn. Kompozitni materijali uglavnom su podijeljeni u tri kategorije, naime, ljepljeni spojevi, mehanički spojevi i hibridni spojevi dvaju. Za termoplastične kompozite postoje i tehnike zavarivanja. Kompozitni spoj tehnoloških konstrukcija mora se utvrditi na temelju specifične uporabe sastavnih i projektnih zahtjeva.
2.1 povezivanje ljepila
U usporedbi s mehaničkim spojem, glavna prednost tehnologije spajanja je da ne postoji koncentracija naprezanja uzrokovana otvorom, smanjuje se kvaliteta konstrukcije, otpornost na zamor, prigušenje vibracija i izolacijski učinak, izgled je glatki i glatka, proces vezivanja je jednostavan, a nema elektrokemijskog problema s korozijom. Međutim, tehnologija vezivanja također ima neke nedostatke, kao što su poteškoće u kontroli kvalitete vezivanja, velika disperzija čvrstoće vezanja, nedostatak pouzdanih metoda ispitivanja, strogi zahtjevi za površinsku obradu i vezivanje površine vezanja. Za sastavljeno tijelo od karbonskih vlakana, ljepilo je glavna veza.
2.2 Mehanički spoj
Mehaničke veze obično koriste zakovice i vijke te su najčešći tip veze. Glavna prednost mehaničkog spajanja je visoka pouzdanost veze, ponovljena rastavljanja i montaža tijekom održavanja ili zamjene, potreba za rješavanjem površine, a utjecaj na okoliš relativno je mali. Glavni nedostatak mehaničkog spajanja je da povećava kvalitetu, uzrokuje koncentraciju napetosti i uzrokuje elektrokemijsku koroziju u kontaktu s kompozitom. Usporedba spoja zakovice i veze vijaka prikazana je na slici 1.
2.3 Mješovita veza
Da bi se poboljšala sigurnost i integritet veze, u nekim važnim dijelovima priključka uobičajeno se koristi istodobno hibridna metoda povezivanja ljepila i mehanička veza, a prednosti dvaju priključnih metoda u potpunosti se koriste kako bi se osiguralo dovoljno snagu i visoku točku priključivanja. pouzdanost.
2.4 Zavarivanje
Tehnika zavarivanja uglavnom se primjenjuje na termoplastične kompozitne dijelove. Osnovno načelo je zagrijavanje smole na površini rastaljenog termoplastičnog kompozita, a zatim se pod pritiskom i pridružuje njima. Postoje tri glavne metode zavarivanja: ultrazvučno zavarivanje, električno indukcijsko zavarivanje i zavarivanje otpornosti. Prednosti zavarivanja su dobar učinak spajanja i kratki ciklus, bez površinske obrade, visoka čvrstoća spojeva, niski stres itd .; nedostatak je u tome što nije lako rastavljati i potrebno je dodati vodljive materijale ili žice. Osim toga, u procesu kalupljenja kompozitnog konstrukcijskog elementa, metalni konektor može biti ugrađen u predoblak za vlakna, a kompozitni materijal i metalna ugrađena komponenta integrirani su nakon oblikovanja, a kompozitna komponenta može biti povezana metalnim ugrađenim komponenta kako bi se izbjeglo Machined štetnih kompozita.
3 Prednosti primjene za automobile
Mnogo je čimbenika potrebno uzeti u obzir pri odabiru automobilskih materijala, kao što su mehanička svojstva, lagana, stabilnost materijala, oblikovanje materijala i obradivost. Svaki će faktor imati značajan utjecaj na dizajn, proizvodnju, prodaju i uporabu automobila. Posljednjih godina, karbonski vlakni pojačani polimeri (CFRP) postali su novi automobilski materijal sa svojim jedinstvenim karakteristikama performansi. Kompoziti polimernih matrica pojačani karbonskih vlakana imaju sljedeće prednosti nad ostalim automobilskim materijalima.
3.1 Izvrsna mehanička svojstva
Kompozit za matricu smole s armiranim vlaknima (CFRP) ima gustoću od 1,5 do 2 g / cm3, što je samo 1/4 do 1/5 običnog ugljičnog čelika i oko 1/3 lakši od aluminijske legure, ali ugljični vlakno kompozitni materijal Sveobuhvatna mehanička svojstva značajno su bolja od metalnih materijala, a vlačna čvrstoća 3 do 4 puta veća od čelika. Jačina umora od čelika i aluminija je 30% do 50% vlačne čvrstoće, dok CFRP može doseći 70% do 80%. Istovremeno, CFRP također ima bolje karakteristike prigušenja vibracija od lakog metala. Na primjer, legura svjetlosti treba 9s za zaustavljanje vibracija. Kompozitni materijal od ugljičnog vlakna može se zaustaviti 2 sekunde, a specifična čvrstoća i specifični modul su visoki.
3.2 Namjestiva
Kompozitni materijal od karbonskih vlakana ima snažnu dizajnabilnost i može odabrati osnovni materijal razumno prema zahtjevu izvedbe, oblikovati raspored vlakana i strukturni oblik kompozitnog materijala te fleksibilno oblikovati proizvod. Na primjer, postavljanjem ugljičnih vlakana u smjeru sile, anizotropnost čvrstoće kompozitnog materijala može se potpuno iskoristiti, čime se postiže svrha spremanja materijala i smanjenja kvalitete. Za proizvode koji zahtijevaju otpornost na koroziju može se odabrati osnovni materijal s dobrom otpornosti na koroziju.
3.3 Integrirana proizvodnja je moguća
Modularnost i integracija također su trend razvoja automobilske strukture. Kompozitni materijali lako oblikuju zakrivljene površine raznih oblika tijekom oblikovanja, omogućujući integriranu proizvodnju automobilskih dijelova. Integrirano oblikovanje ne samo da može smanjiti broj dijelova i broj kalupa, smanjiti broj dijelova i drugih procesa, već i znatno skratiti proizvodni ciklus. Na primjer, ako je modul prednjeg kraja automobila izrađen od kompozitnog materijala od ugljičnog vlakna, može ostvariti integralno integrirano oblikovanje, izbjegavajući lokalnu koncentraciju naprezanja izazvanu naknadnim zavarivanjem i naknadnim obradom metalnih dijelova te smanjenjem dijelova automobila, a istodobno osiguravajući preciznost proizvoda i poboljšanje performansi. Kvaliteta, smanjujući troškove proizvodnje.
3.4 Apsorpcija energije i otpornost na udar
Kompozit za matricu smole od ojačanog ugljikom (CFRP) ima određenu visco elastičnost, a između ugljikovih vlakana i matrice postoji mali lokalni relativni gibanje, što može stvoriti međupredmetno trenje. Pod sinergijom viskoelastičnosti i međuprostornih trenja, CFRP dijelovi imaju bolju apsorpciju energije i otpornost na udarce. S druge strane, posebno napunjena struktura apsorbirajuće energije za kompoziciju složenih ugljikovih vlakana prelazi u manje fragmente u sudaru velike brzine, apsorbira veliku količinu udarne energije, a njegova sposobnost apsorpcije energije je 4 do 5 puta veća od one metalnih materijala, što može učinkovito poboljšati vozilo. Sigurnost radi zaštite sigurnosti članova.
3,5 Dobra otpornost na koroziju
Kompozitni materijal polimerne matrice pojačane karbonskih vlakana uglavnom se sastoji od vlakana od ugljičnog vlakna i materijala od smole, te ima izvrsnu otpornost na kisele i alkalije. Automobilski dijelovi koji su proizvedeni istim ne trebaju tretman površinskom antikorozijom, imaju dobru otpornost na vremenske uvjete i otpornost na starenje, a vijek trajanja općenito je 2 do 3 puta veći od čelika.
3.6 Dobra radna temperatura
Vlakna od ugljika imaju vrlo stabilnu učinkovitost ispod 400 ° C i ne mijenjaju se puno pri 1000 ° C.
3.7 Dobra otpornost na umor
Materijal za ojačavanje karbonskih vlakana ima za posljedicu rast pucanja umora vlakana, a otpornost na zamor može doseći 70% do 80%. Struktura ugljikovih vlakana je stabilna, a čvrstoća kompozitnog materijala nakon ciklusa umora od stresa milijuni je puta. Ima još 60%, a čelik i aluminij 40% i 30%, a FRP je samo 20% do 25%. Stoga je otpornost na zamor ugljikovih vlakana pogodna za širok raspon primjena u automobilskoj industriji.
4 Ekonomska analiza novih energetskih osobnih vozila
Zbog reference ugljičnog vlakna, težina tijela može se smanjiti za više od 50%. Kao primjer, uzimanje mršavljenja od 100 kg tipičnog modela klase A, težina čitavog vozila je vrlo očita. To se može objasniti iz sljedećih aspekata: 1 za 1 Za osobni automobil s vožnjom od 300 km i potrošnjom od 45kW · h, isti raspon vožnje može se smanjiti za 3,6kW · h od strane stručnjaka industrije "100kg po smanjenje težine i povećanje od 8% rasponu vožnje ". Trošak uštede baterije je oko 0,6 milijuna juana; 2, s životnim ciklusom od 400.000 kilometara i prosječnim troškom električne energije od 0,9 juana / kW · h, trošak električne energije može se uštedjeti u životnom ciklusu vozila za 400.000 / 100 × 1.2 × 0.9 = 0.32 milijuna juana. 100 km ušteda 1.2kW · h izračun električne energije); 3 Zbog primjene materijala od ugljičnih vlakana, uzimajući u obzir veličinu proizvodnje od 50.000 vozila, spremljena ulaganja u tehnologiju i opremu pretvaraju se u ekonomsku ekvivalent električnih vozila u svakom vozilu. Amortizacija će uštedjeti oko 2.000 juana; 4 jer je postupak pojednostavljen, troškovi osoblja mogu biti spremljeni najmanje 1000 juana / Tajvan.
Ukupno, prosječni trošak po vozilu je 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 milijuna, ali ti troškovi nisu dovoljni za kompenziranje povećanja troškova samog materijala zbog uvođenja ugljičnih vlakana. Može se vidjeti da primjena tijela od karbonskih vlakana i dalje ima veliki problem. Ako želite promovirati lagano tijelo, možete početi samo smanjiti ulaganja u tehnologiju i opremu. Ukupno, prosječni trošak po vozilu je 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 milijuna, ali ti troškovi nisu dovoljni za kompenziranje povećanja troškova samog materijala zbog uvođenja ugljičnih vlakana. Može se vidjeti da primjena tijela od karbonskih vlakana i dalje ima veliki problem.
Ako želite promovirati lagano tijelo, možete početi samo smanjiti ulaganja u tehnologiju i opremu.
Ako automobil ostvaruje masovnu proizvodnju tijela od karbonskih vlakana, trošak samog materijala od ugljičnog vlakna također će drastično padati, a cijeli učinak industrije bit će prilično velik, a ekonomske koristi će postati sve očitije. To se analizira samo iz perspektive ugljičnih vlakana. Ako uzmemo u obzir faktor smanjenja težine tijela od aluminijske legure za 50 kg, ekonomski učinak je očit.
5 za razvoj tijela
S obzirom na karakteristike kompozitnih materijala ojačanih ugljenim vlaknima, takvi materijali postepeno favoriziraju proizvođači automobila. Procjenjuje se da u automobilskoj industriji uporaba ugljičnih vlakana raste s prosječnom godišnjom stopom od 34% i dostigla bi 23.000 tona do 2020. godine. Slika 2 je smjernica za razvoj kompozita za tijelo koje se pojačavaju od karbonskih vlakana.
Trenutačno se kompozitni materijali ojačani ugljikom vlaknima uglavnom koriste za pokrivanje tijela, ukrasne dijelove i strukturne elemente na tijelu. Na primjer, BMW je koristio kompozite od karbonskih vlakana kako bi napravio strukturne dijelove tijela u različitim modelima koje je razvio, što je postalo važan trenutak za kompozite od karbonskih vlakana u automobilskoj proizvodnji. Istodobno, BMW je dodatno surađivao sa SGL-om (SGL) za ulaganje 100 milijuna eura u razvoj niske cijene ugljičnih vlakana i povećanje proizvodnje ugljičnih vlakana od 3000 tona godišnje na 9000 tona kako bi se zadovoljile rastućim električnim vozilima BMW-a i drugi. Potražnja za modelima.
Zaključak
U sažetku, kompoziti matričnih smola ojačani karbonskih vlakana (CFRP) postali su važan smjer razvoja novih automobilskih materijala u budućnosti zbog svojih jedinstvenih prednosti u radu. Međutim, ako se ovaj materijal promovira i primjeni na području automobila, potrebno je započeti zajedničko istraživanje i razvoj industrije, akademske zajednice i istraživanja iz sljedećih aspekata: 1 da se dalje traži niži trošak prekursora ugljičnog vlakna; 2 razviti nove procese za proizvodnju ugljičnih vlakana, kao što je stabilnost prekursorskih materijala. 3; optimizirati parametre procesa proizvodnje ugljikovih vlakana ili koristiti nano ugljični vlakno kako bi dodatno poboljšali performanse CFRP kompozita; 4 razviti brzu i djelotvornu tehnologiju proizvodnje kalupljenja CFRP dijelova, kao što je tehnologija brzog stvrdnjavanja, tehnologija kontrole protoka kompozitnih materijala; 5 Koristite računalnu simulacijsku tehnologiju (CAE) za odabir različitih kompozitnih materijala od ugljičnih vlakana i optimizirajte parametre procesa kalupljenja.
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------
XIAMEN LFT KOMPONENTNI PLASTIC CO. LTD.
Fokus na (LFT-G, LFRT) R & D i proizvodnja: PA, PP, TPU, PPS, PBT, PPA dugo stakleno vlakno i ugljični vlakna kontinuirana infiltracija termoplastična kompozitna armatura serija inženjering plastike
Ako trebate više informacija, slobodno me kontaktirajte.
Mike Lee
E-adresa: sale02@lfrtplastic.com
Mobilni telefon: + 86-180-5026-9764 (wechat / whatsapp / skype)
Web stranica: www.lfrt-plastic.com
Dodajte: No.27 Hongxi Road, Tiangong Chuangxin Tehnološki park, Grad Maxiang, Xiang'an Dist., Xiamen, Fujian, Kina.
