Ugljenična vlakna se obično kombinuju sa epoksidnom smolom i formiraju kompozitni materijal. Ovaj kompozitni materijal nasleđuje niz prednosti kao što su specifična čvrstoća, specifični modul, čvrstoća zamora i apsorpcija energije i otpornost na udar u samim karbonskim vlaknima. Istovremeno, nasleđuje epoksid. Smola formula je fleksibilna i raznovrsna, a aplikacija je ciljana. U poređenju sa konstrukcijskim delovima aluminijumske legure, efekat smanjenja težine kompozita od ugljeničnih vlakana može da dostigne 20% do 40%. U poređenju sa čeličnim metalnim delovima, efekat smanjenja težine kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana može da dostigne 60% do 80%. Korišćenje kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana Ne samo da je smanjio kvalitet čitavog vozila, već je u određenoj mjeri utjecao i promijenio proizvodnju automobila.
1 Tip procesa
Ojačani polimeri ugljeničnih vlakana (CFRP) odnose se na materijal dobijen kombinovanjem ugljeničnih vlakana kao ojačavajuće faze sa termoplastičnom ili termosetičnom smolom. Tehnologija proizvodnje CFRP kompozita uglavnom uključuje procese preprega i tečnosti. Komparativna analiza tipova procesa polimernih kompozitnih vlakana ojačanih ugljeničnim vlaknima je prikazana u Tabeli 1.
2 Tehnologija montaže automobilskih delova
Kombinovani sklop između kompozitnih dijelova automobila i veza između kompozitnih dijelova i metalnih komponenti je neizbežan problem. Kompozitni materijal je anizotropan, jačina prozračnosti je relativno niska, a duktilnost je mala, što čini dizajn i analizu kompozitnih zglobova mnogo komplikovanijih od metala. Veza između tradicionalnih metalnih dijelova automobilske industrije nije primenjiva na kompozitne materijale. Zbog toga je od ključnog značaja da se razumeju i poboljšaju načini povezivanja i osiguranja automobilskih kompozita.
Lokalna koncentracija stresa uzrokovana je kontinuitetom slomljenih vlakana. Kompozitni zglobovi su obično najslabija veza u celokupnoj strukturi, tako da je obezbeđivanje čvrstoće spoja ključ za kompozitni konstrukcijski dizajn. Kompozitni materijali su uglavnom podeljeni u tri kategorije, naime, lepljeni spojevi, mehanički spojevi i hibridni spojevi oba. Za termoplastične kompozite postoje i tehnike zavarivanja. Kompozitni dizajn zajedničke tehnologije mora biti određen na osnovu specifične upotrebe komponenti i zahteva za projektovanje.
2.1 priključak lepka
U poređenju sa mehaničkom vezom, glavna prednost tehnologije lepljenja je da ne postoji koncentracija napona uzrokovana otvorom, smanjuje se kvalitet konstrukcije, otpornost na zamor, vibracija i performanse izolacije su dobri, izgled je glatko i glatka, postupak lepljenja je jednostavan, a nema problema sa elektrohemijskom korozijom. Međutim, tehnologija vezivanja ima i neke nedostatke, kao što su poteškoća u kontroli kvaliteta vezivanja, velika disperzija sile vezivanja, nedostatak pouzdanih metoda ispitivanja, strogi zahtjevi za površinsku obradu i postupak vezivanja površine za vezivanje. Za kompozitno telo ugljeničnih vlakana, lepak je glavni priključak.
2.2 Mehanički priključak
Mehaničke veze obično koriste zakovice i zavrtnje i najčešće su tip veze. Glavna prednost mehaničke veze je velika pouzdanost priključka, ponovljena demontaža i montaža tokom održavanja ili zamene, potreba za bavljenjem površinom, a uticaj na životnu sredinu je relativno mali. Glavni nedostatak mehaničkog spajanja je to što povećava kvalitet, uzrokuje koncentraciju stresa i uzrokuje elektrohemijsku koroziju u kontaktu sa kompozitom. Upoređivanje spoja zakovice i priključka za vijke prikazano je na slici 1.
2.3 Mešovita veza
U cilju poboljšanja sigurnosti i integriteta veze, u nekim bitnim dijelovima priključka obično se koristi hibridna metoda priključka lepka i mehaničke veze, a prednosti dva načina povezivanja se u potpunosti iskorišćavaju kako bi se obezbedilo dovoljno snaga i visoka tačka priključivanja. pouzdanost.
2.4 Zavarivanje
Tehnologija zavarivanja uglavnom se primjenjuje na termoplastične kompozitne dijelove. Osnovni princip je zagrevanje smole na površini rastopljenog termoplastičnog kompozita, a zatim pritisak i pridruživanje njima. Postoje tri glavna načina zavarivanja: ultrazvučno zavarivanje, elektro induktivno zavarivanje i otporno zavarivanje. Prednosti zavarivanja su dobar efekat povezivanja i kratki ciklus, bez površinske obrade, visoke čvrstoće spoja, niskog stresa itd .; nedostatak je što nije lako rastaviti, a potrebno je dodati i provodne materijale ili žice. Pored toga, u procesu kalupa kompozitnog konstrukcijskog elementa, metalni konektor može biti ugrađen u predpremjeru vlakana, a kompozitni materijal i metalna ugrađena komponenta se integrišu nakon kalupa, a kompozitna komponenta može biti spojena pomoću ugrađenog metala komponenta kako bi se izbjegli kompoziti kompozitnih oštećenja.
3 Prednosti primene za automobile
Potrebno je razmotriti određeni broj faktora prilikom selekcije automobilskih materijala, kao što su mehanička svojstva, laka težina, stabilnost materijala, dizajniranost materijala i mogućnost obrade. Svaki faktor će imati značajan uticaj na dizajn, proizvodnju, prodaju i upotrebu automobila. Poslednjih godina, polimeri ojačanog ugljeničnim vlaknima (CFRP) postao je novi automobilski materijal sa svojim jedinstvenim karakteristikama performansi. Kompoziti polimernih matrica ojačanih karbonskim vlaknima imaju sledeće prednosti u odnosu na ostale automobilske materijale.
3.1 Odlične mehaničke osobine
Kompozitni kompozitni smolom ojačani ugljeničnim vlaknima (CFRP) ima gustinu od 1.5 do 2 g / cm3, što je samo 1/4 do 1/5 običnog ugljeničnog čelika i oko 1/3 je lakše od legure aluminijuma, ali ugljeničnih vlakana kompozitni materijal Sveobuhvatne mehaničke osobine su znatno bolje od metalnih materijala, a zatezna čvrstoća je 3 do 4 puta veća od čelika. Čvrstoća zamora čelika i aluminijuma je 30% do 50% zatezne čvrstoće, dok CFRP može doseći 70% do 80%. Istovremeno, CFRP ima i bolje karakteristike prigušenja vibracija nego lakog metala. Na primer, lakoj leguri treba 9 s za zaustavljanje vibracija. Kompozitni materijal od ugljeničnih vlakana može se zaustaviti na 2 sekunde, a specifična snaga i specifični modul su visoki.
3.2 Dizajnirano
Kompozitni materijal od ugljeničnih vlakana ima jaku dizajniranost i može osnovno materijalno odabrati osnovni materijal u skladu sa zahtevima performansi, dizajnirati raspored vlakana i strukturne forme kompozitnog materijala i fleksibilno dizajnirati proizvod. Na primer, uređivanje karbonskih vlakana u pravcu sile, anizotropija čvrstoće kompozitnog materijala može se u potpunosti iskoristiti, čime se postiže svrha čuvanja materijala i smanjenja kvaliteta. Za proizvode koji zahtevaju otpornost na koroziju, osnovni materijal sa dobrom otpornošću na koroziju može se odabrati za dizajn.
3.3 Integrisana proizvodnja je moguća
Modularnost i integracija takođe su trend razvoja automobila. Kompozitni materijali lako se formiraju zakrivljene površine različitih oblika tokom kalupa, omogućavajući integriranu proizvodnju auto delova. Integrisano kalupovanje ne samo da smanjuje broj delova i broj kalupa, smanjuje broj delova i drugih procesa, već i u velikoj mjeri skraćuje proizvodni ciklus. Na primjer, ako je prednji završni modul automobila napravljen od kompozitnog materijala od ugljeničnih vlakana, može ostvariti integralno integrisano oblikovanje, izbjeći koncentraciju lokalnog napona uzrokovanu naknadnim zavarivanjem i naknadnom preradom metalnih dijelova, te smanjenjem dijelova automobila uz istovremeno osiguranje preciznosti proizvoda i poboljšanje performansi. Kvalitet, smanjujući troškove proizvodnje.
3.4 Apsorpcija energije i otpornost na udarce
Kompozitni kompozitni smolom ojačani ugljeničnom vlaknom (CFRP) ima izvesnu viskoelastičnost, a postoji i lokalno relativno kretanje između ugljeničnih vlakana i matrice, koje mogu stvarati međusobno trenje. Pod sinergijom viskoelastičnosti i međusobnog trenja, CFRP delovi imaju bolju apsorpciju energije i otpornost na udarce. Sa druge strane, struktura koja absorbuje strukturu udara ugljeničnih vlakana od kompozitnih vlakana prelazi u manje fragmente u brzom sudaranju, apsorbuje veliku količinu energije udara, a kapacitet apsorpcije energije je 4 do 5 puta veći od metala, koji mogu efikasno poboljšati vozilo. Bezbednost za zaštitu članova.
3.5 Dobra otpornost na koroziju
Materijal kompozitnog materijala polimernog matriksa ojačanog ugljeničnim vlaknima uglavnom je sastavljen od karbonskih vlakana i materijala od smole i ima odličnu otpornost na kiseline i alkalije. Dijelovima automobila koji su proizvedeni od istih ne treba površinski antikorozioni tretman i imaju dobru vremensko otpornost i otpornost na starenje, a vijek trajanja je generalno. To je 2 do 3 puta više od čelika.
3.6 Dobre temperature
Karbonsko vlakno ima vrlo stabilne performanse ispod 400 ° C i ne menja se mnogo na 1000 ° C.
3.7 Odlična otpornost na zamor
Materijal ojačanog ugljeničnim vlaknima ima prepreku rastu krutog creva vlakana, a njegova otpornost na zamor može doseći 70% do 80%. Struktura ugljeničnih vlakana je stabilna, a čvrstoća kompozitnog materijala nakon ispitivanja ciklusa umora od stresa je milion puta puta. Još uvijek je 60%, dok su čelik i aluminijum 40% i 30% respektivno, a FRP je samo 20% do 25%. Zbog toga je otpornost na zamor kompozita od ugljeničnih vlakana pogodna za širok spektar primena u automobilskoj industriji.
4 Ekonomska analiza novih energetskih putničkih vozila
Zbog referencu karbonskih vlakana, težina tela može biti smanjena za više od 50%. Uzimajući u obzir gubitak težine od 100kg tipičnog modela A klase, težina čitavog vozila je vrlo očigledna. Može se objasniti iz sledećih aspekata: 1 za 1 Za putničko vozilo sa rastojanjem od 300 kilometara i potrošnjom energije od 45kWhh, istu oblast vožnje može se smanjiti za 3.6kW · h od strane stručnjaka u industriji "100kg po smanjenje težine i porast od 8% vožnje ". Trošak štednje baterije iznosi oko 0,6 miliona juana; 2, sa životnim ciklusom od 400.000 kilometara i prosečnom troškom električne energije od 0,9 juana / kWh, troškovi električne energije mogu se uštedjeti u životnom ciklusu vozila za 400,000 / 100 × 1,2 × 0,9 = 0,32 miliona juana. 100km uštede 1,2kW · h električne energije); 3 Zbog primene materijala od ugljeničnih vlakana, uzimajući proizvodnu skalu od 50.000 vozila kao primjer, uštedu ulaganja u tehnologiju i opremu pretvaraju se u ekonomski ekvivalent električnih vozila, u svakom vozilu. Amortizacija će uštedeti oko 2.000 juana; 4 jer je proces unapređen, troškovi osoblja mogu biti sačuvani najmanje 1.000 juana / Tajvana.
Ukupno, prosečni trošak po vozilu je 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 miliona, ali ovi troškovi nisu dovoljni da bi se nadoknađilo povećanje troškova samog materijala zbog uvođenja ugljeničnih vlakana. Može se videti da primjena tela ugljeničnih vlakana i dalje ima veliki problem. Ako želite promovirati lagano telo, možete početi samo sa smanjenjem ulaganja u tehnologiju i opremu. Ukupno, prosečni trošak po vozilu je 0,6 + 0,432 + 0,2 + 0,1 = 1,33 miliona, ali ovi troškovi nisu dovoljni da bi se nadoknađilo povećanje troškova samog materijala zbog uvođenja ugljeničnih vlakana. Može se videti da primjena tela ugljeničnih vlakana i dalje ima veliki problem.
Ako želite promovirati lagano telo, možete početi samo sa smanjenjem ulaganja u tehnologiju i opremu.
Ako automobil realizuje masovnu proizvodnju tela ugljeničnih vlakana, troškovi samih materijala od karbonskih vlakana takođe će se drastično spustiti, a cijeli efekat industrije će biti prilično veliki, a ekonomske koristi će postati sve očiglednije. Ovi se samo analiziraju iz perspektive karbonskih vlakana. Ako uzmemo u obzir faktor smanjenja težine tela aluminijumske legure za 50kg, ekonomski efekat je očigledan.
5 za razvoj tela
Imajući u vidu karakteristike kompozitnih materijala ojačanih ugljeničnim vlaknima, takve materijale postepeno favorizuju proizvođači automobila. Procjenjuje se da u automobilskom sektoru korištenje ugljeničnih vlakana raste sa prosečnom godišnjom stopom od 34% i dostigneće 23.000 tona do 2020. godine. Slika 2 je putokaz za razvoj kompozita za ojačanje ugljeničnih vlakana za tijelo.
Trenutno kompozitni materijali ojačanog ugljeničnim vlaknima uglavnom se koriste za pokrivanje tijela, ukrasnih dijelova i strukturalnih članova na tijelu. Na primjer, BMW je koristio kompozicije od ugljeničnih vlakana kako bi dijelove strukture karoserije u različitim modelima koje je razvio, što je postalo važan trenutak za kompozitne ugljične vlakne u proizvodnji automobila. Istovremeno, BMW je dodatno sarađivao sa SGL-om (SGL) da uloži 100 miliona evra za razvoj niskoftnih karbonskih vlakana i povećanje proizvodnje ugljeničnih vlakana sa 3.000 tona godišnje na 9000 tona kako bi zadovoljio rastuća električna vozila BMW i-serije i drugi. Potražnja za modelima.
6 Zaključak
Ukratko, kompoziti kompozitnih smola ojačanih ugljeničnim vlaknima (CFRP) postali su važan razvojni pravac za nove automobilske materijale u budućnosti zbog njihovih jedinstvenih prednosti u performansama. Međutim, ukoliko se ovaj materijal promovira i primjenjuje na polju automobilske industrije, neophodno je započeti kolaborativno istraživanje i razvoj industrije, akademije i istraživanja iz sljedećih aspekata: 1 kako bi se dodatno potražio prekursor ugljeničnih vlakana niže cijene; 2 razviti nove procese proizvodnje ugljeničnih vlakana, kao što je stabilnost materijala prekursora. 3; optimizirati parametre procesa proizvodnje ugljeničnih vlakana ili koristiti nano ugljenična vlakna radi daljeg poboljšanja performansi CFRP kompozita; 4 razvijaju brzo i efektivnu tehnologiju proizvodnje CFRP dijelova, kao što su tehnologija brze obrade, tehnologija za kontrolu protoka kompozitnih materijala; 5 Koristite tehnologiju za analizu računarske simulacije (CAE) za odabir različitih kompozitnih materijala od ugljeničnih vlakana i optimizirajte parametre procesa kalupa.
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------
XIAMEN LFT COMPOSITE PLASTIC CO., LTD.
Fokus na (LFT-G, LFRT) R & D i proizvodnja: PA, PP, TPU, PPS, PBT, PPA dugotrajno stakleno vlakno i kontinualna infiltracija termoplastične kompozitne armature serije inženjering plastike
Ako vam je potrebno više informacija, slobodno me kontaktirajte.
Mike Lee
Email: sale02@lfrtplastic.com
Mobilni telefon: + 86-180-5026-9764 (wechat / whatsapp / skype)
Web stranica: www.lfrt-plastic.com
Dodaj: No.27 Hongxi Road, Tiangong Tehnološki park Chuangxin, Maxiang grad, Xiang'an Dist., Sjamen, Fujian, Kina.
