Aplikace kompozitních materiálů v automobilové lehké hmotnosti

Kompozitní materiály uhlíkových vláken

Uhlíkové vlákno (zkráceně CF) je nový typ vláknového materiálu s vysoce pevnými a vysoce modulovými vlákny s obsahem uhlíku více než 90%. Jedná se o mikrokrystalický grafitový materiál získaný karbonizací a grafitizací stohováním organických vláken, jako jsou mikrokrystaly vločkového grafitu podél axiálního směru vláken. Uhlíkové vlákno je "měkké na vnější straně a tuhé uvnitř", jeho specifická gravitace je pouze čtvrtina těžkosti oceli, ale jeho pevnost je vyšší než ta oceli a má vlastnosti odolnosti proti korozi a vysokého modulu.

Výhody uhlíkových vláken

1. Kompozitní materiál uhlíkových vláken má vysokou pevnost a modul a je nejideálnějším lehkým a vysoce pevným materiálem karoserie vozidla.

   
   

2. Když se kompozitní materiál uhlíkových vláken setká s kolizí, neabsorbuje energii prostřednictvím plastové deformace, ale stává se nesčetnými drobnými fragmenty, takže může absorbovat velké množství kolizní energie, která je asi čtyřikrát větší než ocelová konstrukce a má vysokou bezpečnost.

   
   

3. Kompozitní materiály uhlíkových vláken se snadno tvoří, to znamená, že je snadné vytvořit tvar, který odpovídá dynamickému principu, aby splňoval potřeby estetiky a hladkého povrchu, takže může ušetřit složité a těžkopádné postupy lakování a zpracování těla a snížit určité náklady.

   
   

4. Když jsou vytvářeny kompozitní materiály z uhlíkových vláken, mohou být integrálně tvořeny různé materiály, což je příznivější pro modularizaci a integraci automobilů během výroby.

   
   

5. Kompozitní materiál uhlíkových vláken je nerozpustný v kyselém roztoku, alkalickém roztoku a organickém roztoku a jeho chemické vlastnosti jsou stabilní, takže má dobrou odolnost proti korozi, dlouhou životnost, téměř žádnou údržbu a nízké náklady na údržbu.

   
   

6. Kompozitní materiály uhlíkových vláken mají vysokou pevnost, vysoký modul a žádné plazení a mohou být použity k výrobě konstrukcí hnacích hřídele. Tělo LP700-4 investované Lamborghini má extrémně vysokou pevnost a tuhost a je také velmi bezpečné.

Brzdové kotouče a brzdové destičky závodních automobilů F1 také používají kompozitní materiály z uhlíkových vláken, což činí brzdové kotouče závodních automobilů F1 mnohem vyšší než brzdové kotouče běžných civilních automobilů z hlediska výkonu a ceny.

Nicméně, uhlíková vlákna má také svá vlastní omezení

1. Operace je časově náročná, dávková výroba je malá a návrh a vývoj procesu jsou obtížné.

   
   

2. Náklady na materiál jsou také vysoké, protože LFA pro karoserii a podvozek z celého uhlíkového vlákna stojí nahoru £300.000, což je téměř cena Ferrari 458 a Range Rover.

   
   

3. Jedná se o křehký materiál, který je po poškození v podstatě nenapravitelný a vysoká pevnost uhlíkových vláken je omezena pouze na axiální směr a jeho radiální pevnost je relativně křehká (takže se často používá k využití své lehké pevnosti v tahu a vyhnout se bočnímu ložisku.

   
   

4. Problém je také spojení mezi uhlíkovými vlákny a jinými materiály. Pokud se používá tradiční šroubové spojení, jsou v okolí spojení náchylné k trhlinám.

   
   

5. Ve srovnání s hliníkovou slitinou nelze uhlíková vlákna recyklovat.

Jako hlavní část nárazníku automobilu je antikolizní paprsek vozidla nejdůležitější nosnou a energeticky absorbující částí nízkorychlostní kolize, která může chránit cestující a okolní části. Kompozitní materiály uhlíkových vláken mají nízkou hustotu, vysokou specifickou pevnost, velký specifický modul a dobrou absorpci energie kolize. Po vytvoření kolizního modelu v souladu s příslušnými požadavky jsou testovány ocelový protikolizní paprsek a kompozitní protikolizní paprsek uhlíkových vláken a provedena kolizní simulace za účelem analýzy absorpce energie obou materiálů. Výsledky ukazují, že specifickou energetickou absorpcí uhlíkových vláken je ocel. 3.7 krát, a hubnutí dosáhlo 71.4%. Vlastnosti absorpce energie a lehký efekt jsou výrazně zlepšeny.

Příklad: Chevrolet Corvette Stingray navrhl a postavil první zakřivený, vícedutý pultrudovaný karbonový nárazový paprsek v automobilovém průmyslu, který poskytuje silnou ochranu zadního a prodlouženého trupu Stingray, zatímco lehké vlastnosti Stingray také výrazně zlepšují ovladatelnost a úsporu paliva.

Lidé také používají hodně uhlíkových vláken v těle. Ve srovnání s nedostatky uhlíkových vláken zmíněnými výše, BMW i série úspěšně vyhnula a vyřešila některé problémy se svými aplikačními metodami a technologiemi na karoserii. Struktura karoserie řady BMW i přijímá materiály z uhlíkových vláken ve velké oblasti. Nová dílna karoserie v Lipsku spojuje kompozitní komponenty vyztužené uhlíkovými vlákny a vytvoří základní strukturu modulu Life.

Kompozitní materiály z pryskyřice

Kompozitní materiály pryskyřice mohou nejen snižovat kvalitu dílů až o 40 procent, ale mohou také snížit výrobní náklady o cca 40 procent. V současné době byly kompozitní materiály pryskyřice vyztužené skleněnými vlákny a kompozitní materiály vyztužené uhlíkovými vlákny úspěšně aplikovány v automobilech a byly široce používány v interiérových a exteriérových částech automobilů.

Skleněnými vlákny vyztužený pryskyřicový kompozitní materiál (GFRP) má dobrou odolnost proti korozi, dobrou izolaci, zejména dobrou plasticitu, nízké požadavky na formy, jednoduchou technologii zpracování forem pro výrobu velkých částí krytu těla, krátký výrobní cyklus a nízké náklady. U automobilů a osobních automobilů používejte kompozitní materiály vyztužené skleněnými vlákny k výrobě krytin karoserie automobilů, krytin předních a zadních stěn osobních automobilů a kabin nákladních automobilů a dalších částí.

Kompozity matrice vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP) mají řadu výhod, jako je nízká hmotnost a vysoká pevnost, vysoká lomová houževnatost, odolnost proti korozi, silná navrhovatelnost, snadné tvarování a dobrý výkon tlumení vibrací, který může nejen splnit tuhost a nízkou hmotnost součástí Má také zřejmé výhody v bezpečnosti vozidel, takže je slibný lehký materiál pro automobily. Má však nevýhody, jako jsou vysoké náklady a dlouhý cyklus formování.

V současné době jsou vzduchové deflektory karoserie, přední blatníky a prodloužení předních blatníků, kryty světlometů, kryty motoru, dekorativní pásy, zadní panely atd., výztuhy karoserie vyrobené technologií transferového lisování (RTM), atd.