Komposiittimateriaalien käyttö kevyissä autoissa

Hiilikuitukompoosiittimateriaalit

Hiilikuitu (CF lyhyesti) on uudentyyppinen kuitumateriaali, jossa on erittäin lujia ja korkean moduulin kuituja, joiden hiilipitoisuus on yli 90%. Se on mikrokiteinen grafiittimateriaali, joka saadaan karbonisoimalla ja grafisoimalla pinoamalla orgaanisia kuituja, kuten hiutaleografiittimikrokiteitä kuitujen aksiaaliseen suuntaan. Hiilikuitu on "pehmeä ulkopuolelta ja jäykkä sisäpuolelta", sen ominaispaino on vain neljännes teräksen vahvuudesta, mutta sen lujuus on suurempi kuin teräksen, ja sillä on korroosionkestävyyden ja korkean moduulin ominaisuudet.

Hiilikuitun edut

1. Hiilikuitukompoosiittimateriaalilla on korkea lujuus ja moduuli, ja se on ihanteellinen kevyt ja erittäin luja ajoneuvon korimateriaali.

   
   

2. Kun hiilikuitukomposiittimateriaali kohtaa törmäyksen, se ei absorboi energiaa muovisen muodonmuutoksen kautta, vaan siitä tulee lukemattomia pieniä fragmentteja, joten se voi absorboida suuren määrän törmäysenergiaa, joka on noin 4 kertaa teräsrakenteeseen verrattuna, ja sillä on korkea turvallisuus. .

   
   

3. Hiilikuitukompoosiittimateriaalit ovat helppoja muodostaa, eli on helppo muodostaa muoto, joka vastaa dynaamista periaatetta estetiikan ja sileän pinnan tarpeiden täyttämiseksi, joten se voi säästää monimutkaisia ja hankalia kehon maalaus- ja käsittelymenettelyjä ja vähentää tiettyjä kustannuksia.

   
   

4. Kun hiilikuitukomposiittimateriaaleja muodostetaan, eri materiaaleja voidaan muodostaa kokonaisvaltaisesti, mikä edistää autojen modularisointia ja integrointia valmistuksen aikana.

   
   

5. Hiilikuitukompoosiittimateriaali on liukenematon happoliuokseen, emäsliuokseen ja orgaaniseen liuokseen, ja sen kemialliset ominaisuudet ovat vakaat, joten sillä on hyvä korroosionkestävyys, pitkä käyttöikä, lähes ei huoltoa ja alhaiset ylläpitokustannukset.

   
   

6. Hiilikuitukompoosiittimateriaaleilla on korkea lujuus, korkea moduuli ja ei ryömimistä, ja niitä voidaan käyttää vetoakselirakenteiden valmistukseen. Lamborghinin sijoittama LP700-4 runko on erittäin vahva ja jäykkä, ja se on myös erittäin turvallinen.

F1-kilpa-autojen jarrulevyt ja jarrupalat käyttävät myös hiilikuitukomposiittimateriaaleja, mikä tekee F1-kilpa-autojen jarrulevyistä paljon korkeamman suorituskyvyn ja hinnan suhteen kuin tavallisten siviiliautojen jarrulevyt.

Hiilikuitulla on kuitenkin myös omat rajoituksensa

1. Toiminta on aikaa vievää, erätuotanto on pieni ja suunnittelu ja prosessin kehittäminen ovat vaikeita.

   
   

2. Materiaalikustannukset ovat myös korkeat, ja LFA:n koko hiilikuiturungon ja alustan hinta on yli 300 000 puntaa, mikä on lähes Ferrari 458:n ja Range Roverin hinta.

   
   

3. Se on hauras materiaali, joka on periaatteessa korjaamaton vaurion jälkeen, ja hiilikuidun korkea lujuus rajoittuu vain aksiaaliseen suuntaan, ja sen säteilevyyslujuus on suhteellisen hauras (joten sitä käytetään usein kevyen vetolujuuden hyödyntämiseen ja sivulaakereiden välttämiseen.

   
   

4. Myös hiilikuitujen ja muiden materiaalien välinen yhteys on ongelma. Jos käytetään perinteistä pulttiliitäntää, liitoksen ympärillä voi ilmetä halkeamia.

   
   

5. Alumiiniseokseen verrattuna hiilikuitua ei voida kierrättää.

Auton puskurin pääosana auton törmäyssäte on tärkein kuormittava ja energiaa absorboiva osa matalan nopeuden törmäyksessä, joka voi suojata matkustajia ja ympäröiviä osia. Hiilikuitukompoosiittimateriaaleilla on alhainen tiheys, korkea ominaislujuus, suuri ominaismoduuli ja hyvä törmäysenergian imeytyminen. Kun törmäysmalli on määritetty asiaankuuluvien vaatimusten mukaisesti, teräs törmäyssuojapalkki ja hiilikuitukomposiittinen törmäyssuojapalkki testataan ja törmäyssimulaatio suoritetaan kahden materiaalin energian absorption analysoimiseksi. Tulokset osoittavat, että hiilikuidun spesifinen energian absorptio on teräs. 3,7 kertaa, ja painonpudotus oli 71,4%. Energian imeytymisominaisuudet ja kevyt vaikutus paranevat merkittävästi.

Esimerkki: Chevrolet Corvette Stingray 2020 suunnitteli ja rakensi autoteollisuuden ensimmäisen kaarevan, monikontto pultrudoitu hiilikuitutörmäyspalkki, joka tarjoaa vahvan suojan Stingrayn takaosaan ja laajennettuun ylävartaloon, kun taas Stingrayn kevyet ominaisuudet parantavat merkittävästi Stingrayn käsiteltävyyttä ja polttoainetta säästävää suorituskykyä.

Ihmiset käyttävät myös paljon hiilikuitua kehossa. Verrattuna aiemmin mainittuihin hiilikuitujen puutteisiin BMW i -sarja on onnistuneesti välttänyt ja ratkaissut joitakin ongelmia sen sovellusmenetelmissä ja -teknologioissa korissa. BMW i -sarjan korirakenteessa käytetään hiilikuitumateriaaleja suurella alueella. Leipzigin tehtaan uusi korinrakennustyöpaja yhdistää hiilikuituvahvisteiset muovikomposiittikomponentit Life-moduulin perusrakenteen luomiseksi.

Hartsimatriisikomposiitit

Hartsimatriisikomposiitit voivat paitsi vähentää osien laatua jopa 40 prosenttia, myös vähentää tuotantokustannuksia noin 40 prosenttia. Tällä hetkellä lasikuituvahvisteisia hartsikomposiittimateriaaleja ja hiilikuituvahvisteisia hartsikomposiittimateriaaleja on käytetty menestyksekkäästi autoissa, ja niitä on käytetty laajalti autojen sisä- ja ulkoosissa.

Lasikuidulla vahvistetulla hartsikomposiittimateriaalilla (GFRP) on hyvä korroosionkestävyys, hyvä eristys, erityisesti hyvä plastisuus, alhaiset muotivaatimukset, yksinkertainen käsittelytekniikka muoteille suurten rungon kansiosien valmistukseen, lyhyt tuotantosykli ja alhaiset kustannukset. Autoissa ja henkilöautoissa käytetään lasikuituvahvisteisia hartsikomposiittimateriaaleja autojen korinpäällysteiden, henkilöautojen etu- ja takaseinänpäällysteiden sekä kuorma-autojen ohjaamojen ja muiden osien valmistukseen.

Hiilikuituvahvistetuilla hartsimateriaalikomposiiteilla (CFRP) on useita etuja, kuten kevyt ja korkea lujuus, korkea murtumiskestävyys, korroosionkestävyys, vahva suunniteltavuus, helppo muovaus ja hyvä tärinänvaimennuskyky, joka ei voi vain täyttää komponenttien jäykkyyttä ja kevyttä painoa. Sillä on myös ilmeisiä etuja ajoneuvojen turvallisuudessa, joten se on lupaava kevyt materiaali autoihin. Sillä on kuitenkin haittoja, kuten korkeat kustannukset ja pitkä valusykli.

Tällä hetkellä korin ilmanohjaimet, etulokasuojat ja etulokasuojan laajennukset, ajovalojen suojukset, moottorin suojukset, koristenauhat, takapaneelit jne., koripaneelin jäykistimet, jotka on valmistettu siirtomuovaustekniikalla (RTM) jne.