Toepassing van composietmaterialen in automobiel lichtgewicht

Koolstofvezelcomposietmaterialen

Koolstofvezel (kortweg CF) is een nieuw type vezelmateriaal met hoge sterkte en hoge modulusvezels met een koolstofgehalte van meer dan 90%. Het is een microkristallijn grafietmateriaal verkregen door carbonisatie en grafietisatie door organische vezels zoals vlokgrafiet microkristallen langs de vezelaxiale richting te stapelen. Koolstofvezel is "zacht aan de buitenkant en stijf aan de binnenkant", zijn specifieke zwaartekracht is slechts een kwart van die van staal, maar zijn sterkte is hoger dan die van staal, en het heeft de kenmerken van corrosieweerstand en hoge modulus.

Voordelen van koolstofvezel

1. Koolstofvezelcomposietmateriaal heeft een hoge sterkte en modulus, en is het meest ideale lichtgewicht en sterk voertuigcarrosseriemateriaal.

   
   

2. Wanneer het koolstofvezelcomposietmateriaal een botsing tegenkomt, absorbeert het geen energie door plastic vervorming, maar wordt ontelbare kleine fragmenten, zodat het een grote hoeveelheid botsingsenergie kan absorberen, die ongeveer 4 keer die van de staalstructuur is, en hoge veiligheid heeft.

   
   

3. Koolstofvezelcomposietmaterialen zijn gemakkelijk te vormen, dat wil zeggen, het is gemakkelijk om een vorm te vormen die aan het dynamische principe voldoet om aan de behoeften van esthetiek en een glad oppervlak te voldoen, zodat het de gecompliceerde en omslachtige lichaamsschilderings- en verwerkingsprocedures kan besparen en een bepaalde kosten kan verminderen.

   
   

4. Wanneer koolstofvezelcomposietmaterialen worden gevormd, kunnen verschillende materialen integraal worden gevormd, wat bevorderlijker is voor de modularisatie en integratie van auto's tijdens productie.

   
   

5. Koolstofvezelcomposietmateriaal is onoplosbaar in zure oplossing, alkalioplossing en organische oplossing, en zijn chemische eigenschappen zijn stabiel, dus het heeft een goede corrosieweerstand, een lange levensduur, bijna geen onderhoud en lage onderhoudskosten.

   
   

6. Koolstofvezelcomposietmaterialen hebben een hoge sterkte, hoge modulus en geen kruip, en kunnen worden gebruikt om aandrijfasstructuren te vervaardigen. De LP700-4 carrosserie geïnvesteerd door Lamborghini heeft een extreem hoge sterkte en stijfheid, en is ook zeer veilig.

De remschijven en remblokken van F1-raceauto's gebruiken ook koolstofvezelcomposietmaterialen, waardoor de remschijven van F1-raceauto's veel hoger zijn dan de remschijven van gewone burgerauto's in termen van prestaties en prijs.

Carbonvezel heeft echter ook zijn eigen beperkingen

1. De verrichting is tijdrovend, de batchproductie is klein en het ontwerp en de procesontwikkeling zijn moeilijk.

   
   

2. De materiaalkosten zijn ook hoog, met een LFA voor een volledige carbon carrosserie en chassis kost €300.000, wat bijna de prijs is van een Ferrari 458 en een Range Rover.

   
   

3. Het is een broos materiaal, dat in principe onherstelbaar is na schade, en de hoge sterkte van koolstofvezel is slechts beperkt tot de axiale richting, en zijn radiale sterkte is relatief fragiel (dus wordt het vaak gebruikt om gebruik te maken van zijn lichte treksterkte en te vermijden zijlager te doen.

   
   

4. De verbinding tussen koolstofvezel en andere materialen is ook een probleem. Als een traditionele boutverbinding wordt gebruikt, kunnen scheuren rond de verbinding ontstaan.

   
   

5. Vergeleken met aluminiumlegering, kan koolstofvezel niet worden gerecycled.

Als het belangrijkste deel van de autobumper, is de anti-botsingsbundel van de auto het belangrijkste dragende en energie-absorberende deel in de lage-snelheidsbotsing, dat de passagiers en omliggende delen kan beschermen. Koolstofvezelcomposietmaterialen hebben een lage dichtheid, een hoge specifieke sterkte, een grote specifieke modulus en een goede absorptie van botsingsenergie. Nadat het botsingsmodel volgens de relevante vereisten is vastgesteld, worden de stalen anti-botsingsbundel en de koolstofvezelsamengestelde anti-botsingsbundel getest en wordt de botsingssimulatie uitgevoerd om de energieabsorptie van de twee materialen te analyseren. De resultaten tonen aan dat de specifieke energieabsorptie van koolstofvezel staal is. 3.7 keer, en het gewichtsverlies bereikte 71.4%. De energieabsorptie eigenschappen en het lichtgewicht effect zijn aanzienlijk verbeterd.

Voorbeeld: De 2020 Chevrolet Corvette Stingray ontwierp en bouwde de eerste gebogen, multi-holle pultruded carbon fiber crashbalk in de automobielindustrie, die sterke bescherming biedt voor de achterkant en de verlengde romp van de Stingray, terwijl de lichtgewicht eigenschappen van de Stingray ook de handling en brandstofbesparende prestaties van de Stingray aanzienlijk verbeteren.

Mensen gebruiken ook veel koolstofvezel in het lichaam. Vergeleken met de tekortkomingen van koolstofvezel eerder genoemd, heeft de BMW i-serie met succes sommige problemen met zijn toepassingsmethoden en technologieën op de carrosserie vermeden en opgelost. De carrosseriestructuur van de BMW i-serie keurt koolstofvezelmaterialen in een groot gebied goed. De nieuwe carrosseriewerkplaats in de fabriek in Leipzig combineert koolstofvezelversterkte kunststof composietcomponenten om de basisstructuur van de Life-module te creëren.

Harsmatrixcomposieten

Niet alleen kunnen harsmatrixcomposieten de kwaliteit van onderdelen met maximaal 40 procent verminderen, maar ze kunnen ook productiekosten met ongeveer 40 procent verlagen. Momenteel zijn glasvezelversterkte harscompositematerialen en koolstofvezelversterkte harscompositematerialen met succes toegepast in auto's, en zijn op grote schaal gebruikt in auto-interieurdelen en buitendelen.

Glasvezelversterkte harscompositemateriaal (GFK) heeft een goede corrosiebestendigheid, goede isolatie, vooral goede plasticiteit, lage eisen aan mallen, eenvoudige verwerkingstechnologie voor mallen voor het vervaardigen van grote lichaamsafdekkingsdelen, korte productiecyclus en lage kosten. Voor auto's en personenauto's, gebruik glasvezelversterkte harscompositematerialen om carrosseriebekledingen, voor- en achterwandbekledingen van personenauto's en vrachtwagencabines en andere onderdelen te vervaardigen.

Koolstofvezelversterkte harsmatrixcomposieten (CFRP) hebben een reeks voordelen zoals lichtgewicht en hoge sterkte, hoge breuktaaiheid, corrosiebestendigheid, sterke ontwerpbaarheid, gemakkelijk vormen en goede trillingsdempende prestaties, die niet alleen kunnen voldoen aan de stijfheid en het lichte gewicht van componenten Het heeft ook duidelijke voordelen in voertuigveiligheid, dus het is een veelbelovend lichtgewicht materiaal voor auto's. Het heeft echter nadelen zoals hoge kosten en lange vormcyclus.

Momenteel zijn de carrosserieluchtdeflectoren, voorspatborden en voorspatbordenuitbreidingen, koplampafdekkingen, motorafdekkingen, decoratieve strips, staartpanelen, enz., carrosseriepaneelstiften vervaardigd door overdracht molding technologie (RTM), enz.