Komposiitmaterjalide kasutamine kergetes autodes

Süsinikkiudkomposiitmaterjalid

Süsinikkiud (lühidalt CF) on uut tüüpi kiudmaterjal, millel on kõrge tugevusega ja kõrge mooduliga kiud, mille süsinikusisaldus on üle 90%. See on mikrokristalne grafiit materjal, mis saadakse karboniseerimisel ja grafitiseerimisel orgaaniliste kiudude, näiteks helveste grafiidi mikrokristallide virnastamisel piki kiu teljesuunda. Süsinikkiud on "väljastpoolt pehme ja seestpoolt jäik", selle eriraskus on vaid veerand terase omast, kuid selle tugevus on kõrgem kui terase omast ning sellel on korrosioonikindluse ja kõrge mooduli omadused.

Süsinikkiu eelised

1. Süsinikkiust komposiitmaterjalil on kõrge tugevus ja moodul ning see on kõige ideaalsem kerge ja kõrge tugevusega sõiduki kere materjal.

   
   

2. Kui süsinikkiust komposiitmaterjal kokkupõrkega kokku puutub, ei neela see plastiku deformatsiooni kaudu energiat, vaid muutub lugematuks väikesteks fragmentideks, nii et see võib absorbeerida suure koguse kokkupõrkeenergiat, mis on umbes 4 korda suurem kui teraskonstruktsioon ja on kõrge ohutusega. .

   
   

3. Süsinikkiust komposiitmaterjale on lihtne vormistada, see tähendab, et on lihtne moodustada dünaamilisele põhimõttele vastav kuju, et rahuldada esteetika ja sileda pinna vajadusi, nii et see saab säästa keerulisi ja tülikaid kehavärvimis- ja töötlemisprotseduure ning vähendada teatud kulusid.

   
   

4. Süsinikkiudkomposiitmaterjalide moodustamisel võib terviklikult moodustada erinevaid materjale, mis soodustab autode modulariseerimist ja integreerimist tootmise ajal.

   
   

5. Süsinikkiust komposiitmaterjal on happelahuses, leeliselahuses ja orgaanilises lahuses lahustumatu ning selle keemilised omadused on stabiilsed, nii et sellel on hea korrosioonikindlus, pikk eluiga, peaaegu ei ole hooldust ja madalad hoolduskulud.

   
   

6. Süsinikkiust komposiitmaterjalidel on kõrge tugevus, kõrge moodul ja roomamine puudub ning neid saab kasutada veovõlli struktuuride valmistamiseks. Lamborghini investeeritud LP700-4 kere on äärmiselt tugev ja jäik ning on ka väga ohutu.

F1-võidusõiduautode pidurikettad ja piduripadjad kasutavad ka süsinikkiudkomposiitmaterjale, mis muudab F1-võidusõiduautode pidurikettad jõudluse ja hinna poolest palju kõrgemaks kui tavaliste tsiviilautode pidurikettad.

Kuid süsinikkiul on ka oma piirangud.

1. Operatsioon on aeganõudev, partii tootmine on väike ning disain ja protsessi arendamine on raske.

   
   

2. Materjalikulud on samuti kõrged, täieliku süsinikkiudse kere ja šassii LFA maksab üle 300 000 naela, mis on peaaegu Ferrari 458 ja Range Roveri hind.

   
   

3. See on habras materjal, mis on pärast kahjustusi põhimõtteliselt parandamatu, ja süsinikkiu kõrge tugevus piirdub ainult teljesuunaga ja selle radiaalne tugevus on suhteliselt habras (nii et seda kasutatakse sageli oma kerge tõmbetugevuse ärakasutamiseks ja küljelaagrite vältimiseks. löögiosa).

   
   

4. Probleemiks on ka süsinikkiudude ja muude materjalide ühendus. Traditsioonilise poltühenduse kasutamisel võivad ühenduse ümber tekkida pragusid.

   
   

5. Alumiiniumisulamiga võrreldes ei saa süsinikkiuda ringlusse.

Auto kaitseraua põhiosa on auto kokkupõrkevastane kiir madala kiirusega kokkupõrke kõige olulisem kandev ja energiat neelav osa, mis võib kaitsta reisijaid ja ümbritsevaid osi. Süsinikkiust komposiitmaterjalidel on madal tihedus, suur eritugevus, suur erimoodul ja hea kokkupõrkeenergia neeldumine. Pärast kokkupõrkemudeli kehtestamist vastavalt asjakohastele nõuetele testitakse terasest kokkupõrkevastast tala ja süsinikkiust komposiitset kokkupõrkevastast tala ning viiakse läbi kokkupõrkesimulatsioon kahe materjali energia neeldumise analüüsimiseks. Tulemused näitavad, et süsinikkiu spetsiifiline energia neeldumine on teras. 3,7 korda ja kaalulangus jõudis 71,4%ni. Energia neeldumise omadused ja kerge efekt on oluliselt paranenud.

Näide: 2020. aasta Chevrolet Corvette Stingray disainis ja ehitas autotööstuse esimese kõvera, mitmeõõnsusega pultrueritud süsinikkiust kokkupõrketala, mis pakub tugevat kaitset Stingray tagumisele ja pikendatud torsole, samas kui Stingray kerged omadused parandavad oluliselt Stingray juhitavust ja kütusesäästu jõudlust.

Inimesed kasutavad ka palju süsinikkiuda kehas. Võrreldes eelnevalt mainitud süsinikkiudude puudustega on BMW i seeria edukalt vältinud ja lahendanud mõningaid probleeme oma rakendusmeetodite ja tehnoloogiatega kerel. BMW i seeria kerekonstruktsioon kasutab suures piirkonnas süsinikkiudmaterjale. Leipzigi tehase uus kereohituse töökoda ühendab süsinikkiudadega tugevdatud plastkomposiitkomponendid, et luua Life mooduli põhistruktuur.

Vaigumaatriksi komposiidid

Vaigumaatriksi komposiidid ei vähenda mitte ainult osade kvaliteeti kuni 40%, vaid võivad vähendada ka tootmiskulusid umbes 40%. Praegu on klaaskiuduga tugevdatud vaigu komposiitmaterjale ja süsinikkiuduga tugevdatud vaigu komposiitmaterjale edukalt kasutatud autodes ning neid on laialdaselt kasutatud autode sise- ja välisosades.

Klaaskiuduga tugevdatud vaigu komposiitmaterjalil (GFRP) on hea korrosioonikindlus, hea isolatsioon, eriti hea plastilisus, madalad nõuded vormidele, lihtne töötlemistehnoloogia vormide jaoks suurte kereosade valmistamiseks, lühike tootmistsükkel ja madalad kulud. Autode ja sõiduautode puhul kasutage klaaskiuduga tugevdatud vaigu komposiitmaterjale auto kerekattete, sõiduautode esi- ja tagaseinakattete ning veokikabiinide ja muude osade valmistamiseks.

Süsinikkiudust tugevdatud vaigu maatriksi komposiitidel (CFRP) on mitmeid eeliseid, nagu kerge kaal ja kõrge tugevus, kõrge purunemiskindlus, korrosioonikindlus, tugev projekteeritavus, lihtne vormimine ja hea vibratsiooni summutamine jõudlus, mis ei suuda mitte ainult vastata komponentide jäikusele ja kergele kaalule. Samuti on sellel ilmsed eelised sõidukite ohutuses, nii et see on autode jaoks paljutõotav kerge materjal. Siiski on sellel puudused, nagu kõrged kulud ja pikk vormimistsükkel.

Praegu on kere õhu deflektorid, eesmised kaitserauad ja eesmised kaitserauad pikendused, esilaternate katted, mootorikatted, dekoratiivsed ribad, tagapaneelid jne, kerepaneeli tugevdajad, mis on toodetud ülekandevormi tehnoloogia (RTM) abil jne.