Applicazione di materiali compositi in automobile leggera

Materiali compositi in fibra di carbonio

La fibra di carbonio (CF in breve) è un nuovo tipo di materiale in fibra con fibre ad alta resistenza e ad alto modulo con un contenuto di carbonio superiore al 90%. È un materiale di grafite microcristallina ottenuto per carbonizzazione e grafitizzazione impilando fibre organiche quali microcristalli di grafite a scaglie lungo la direzione assiale della fibra. La fibra di carbonio è "morbida all'esterno e rigida all'interno", la sua gravità specifica è solo un quarto di quella dell'acciaio, ma la sua resistenza è superiore a quella dell'acciaio, e ha le caratteristiche di resistenza alla corrosione e di alto modulo.

Vantaggi della fibra di carbonio

1. Il materiale composito in fibra di carbonio ha alta resistenza e modulo ed è il materiale della carrozzeria del veicolo leggero e ad alta resistenza più ideale.

   
   

2. Quando il materiale composito in fibra di carbonio incontra una collisione, non assorbe l'energia attraverso la deformazione plastica, ma diventa innumerevoli frammenti minuscoli, in modo da poter assorbire una grande quantità di energia di collisione, che è circa 4 volte quella della struttura in acciaio e ha un'alta sicurezza.

   
   

3. I materiali compositi in fibra di carbonio sono facili da formare, cioè è facile formare una forma che si conforma al principio dinamico per soddisfare le esigenze di estetica e una superficie liscia, in modo da poter salvare le procedure complicate e ingombranti di verniciatura e lavorazione del corpo e ridurre un certo costo.

   
   

4. Quando i materiali compositi in fibra di carbonio sono formati, i materiali differenti possono essere formati integralmente, il che è più favorevole alla modularizzazione e all'integrazione delle automobili durante la produzione.

   
   

5. Il materiale composito in fibra di carbonio è insolubile in soluzione acida, soluzione alcalina e soluzione organica e le sue proprietà chimiche sono stabili, quindi ha una buona resistenza alla corrosione, lunga durata, quasi nessuna manutenzione e basso costo di manutenzione.

   
   

6. I materiali compositi in fibra di carbonio hanno alta resistenza, alto modulo e nessun creep e possono essere utilizzati per fabbricare strutture dell'albero motore. La carrozzeria LP700-4 investita da Lamborghini ha un'elevata resistenza e rigidità ed è anche molto sicura.

I dischi freno e le pastiglie freno delle auto da corsa F1 utilizzano anche materiali compositi in fibra di carbonio, il che rende i dischi freno delle auto da corsa F1 molto più alti dei dischi freno delle auto civili ordinarie in termini di prestazioni e prezzo.

Tuttavia, la fibra di carbonio ha anche le sue limitazioni

1. L'operazione richiede tempo, la produzione in batch è piccola e la progettazione e lo sviluppo del processo sono difficili.

   
   

2. Anche i costi dei materiali sono alti, con una LFA per carrozzeria e telaio in fibra di carbonio che costa oltre £ 300.000, che è quasi il prezzo di una Ferrari 458 e di una Range Rover.

   
   

3. È un materiale fragile, che è fondamentalmente irreparabile dopo il danno e l'alta resistenza della fibra di carbonio è limitata solo alla direzione assiale e la sua resistenza radiale è relativamente fragile, (quindi è spesso usato per sfruttare la sua resistenza alla trazione leggera ed evitare di fare cuscinetto laterale.

   
   

4. Anche la connessione tra fibra di carbonio e altri materiali è un problema. Se si utilizza un collegamento tradizionale del bullone, le crepe sono soggette a verificarsi intorno al collegamento.

   
   

5. Rispetto alla lega di alluminio, la fibra di carbonio non può essere riciclata.

Come parte principale del paraurti dell'automobile, il fascio anti-collisione dell'automobile è la parte portante e assorbente di energia più importante nella collisione a bassa velocità, che può proteggere i passeggeri e le parti circostanti. I materiali compositi in fibra di carbonio hanno bassa densità, alta resistenza specifica, grande modulo specifico e buon assorbimento di energia di collisione. Dopo che il modello di collisione è stabilito secondo i requisiti pertinenti, il fascio anti-collisione in acciaio e il fascio anti-collisione composito in fibra di carbonio vengono testati e la simulazione di collisione viene eseguita per analizzare l'assorbimento di energia dei due materiali. I risultati mostrano che l'assorbimento energetico specifico della fibra di carbonio è l'acciaio. 3,7 volte, e la perdita di peso ha raggiunto il 71,4%. Le caratteristiche di assorbimento di energia e l'effetto leggero sono significativamente migliorati.

Esempio: La Corvette Stingray Chevrolet 2020 ha progettato e costruito il primo trave crash curvo e multi-cavo in fibra di carbonio pultrudita dell'industria automobilistica, che fornisce una forte protezione per la parte posteriore della Stingray e il torso esteso, mentre le caratteristiche leggere della Stingray migliorano notevolmente la maneggevolezza e le prestazioni di risparmio di carburante della Stingray.

Le persone usano anche molta fibra di carbonio nel corpo. Rispetto alle carenze della fibra di carbonio menzionate in precedenza, la BMW serie i ha evitato e risolto con successo alcuni problemi con i suoi metodi di applicazione e tecnologie sulla carrozzeria. La struttura del corpo della serie BMW i adotta materiali in fibra di carbonio in una grande area. Il nuovo laboratorio di bodybuilding presso lo stabilimento di Lipsia unisce componenti compositi in plastica rinforzata con fibra di carbonio per creare la struttura di base del modulo Life.

Composti a matrice di resina

I compositi a matrice resinata non solo possono ridurre la qualità delle parti fino al 40%, ma possono anche ridurre i costi di produzione di circa il 40%. Attualmente, i materiali compositi della resina rinforzata con fibra di vetro e i materiali compositi della resina rinforzata con fibra di carbonio sono stati applicati con successo nelle automobili e sono stati ampiamente utilizzati nelle parti interne e nelle parti esterne dell'automobile.

Il materiale composito in resina rinforzata con fibra di vetro (GFRP) ha una buona resistenza alla corrosione, un buon isolamento, soprattutto una buona plasticità, requisiti bassi per gli stampi, tecnologia di elaborazione semplice per stampi per la produzione di grandi parti di copertura del corpo, breve ciclo di produzione e basso costo. Per le automobili e le autovetture, utilizzare materiali compositi in resina rinforzata con fibra di vetro per fabbricare i rivestimenti della carrozzeria dell'automobile, i rivestimenti delle pareti anteriori e posteriori delle autovetture e le cabine del camion e altre parti.

I compositi della matrice della resina rinforzata in fibra di carbonio (CFRP) hanno una serie di vantaggi come peso leggero e ad alta resistenza, elevata tenacità alla frattura, resistenza alla corrosione, forte designabilità, facile stampaggio e buone prestazioni di smorzamento delle vibrazioni, che non solo possono soddisfare la rigidità e il peso leggero dei componenti Ha anche evidenti vantaggi nella sicurezza del veicolo, Quindi è un materiale leggero promettente per le automobili. Tuttavia, ha svantaggi come alto costo e lungo ciclo di stampaggio.

Attualmente, i deflettori dell'aria del corpo, i parafanghi anteriori e le estensioni del parafanghi anteriori, le coperture dei fari, le coperture del motore, le strisce decorative, i pannelli posteriori, ecc., gli irrigiditori del pannello del corpo fabbricati dalla tecnologia di stampaggio a trasferimento (RTM), ecc.