CFRP Użat għal Analiżi Ħfief u Ekonomika ta 'Vetturi Ġodda tal-Passiġġieri tal-Enerġija

Il-fibra tal-karbonju hija ġeneralment magħquda mar-reżina epoxy biex tifforma materjal kompost. Dan il-materjal kompost inieded serje ta 'vantaġġi bħal qawwa speċifika ogħla, modulu speċifiku, saħħa tal-għeja, u reżistenza għax-xokk tal-fibra tal-karbon innifsu. Fl-istess ħin, jirtu epoxy. Il-formulazzjoni tar-reżina hija flessibbli u versatili, u l-applikazzjoni tagħha hija mmirata ħafna. Meta mqabbel mal-membri strutturali tal-liga tal-aluminju, l-effett tat-tnaqqis tal-piż tal-materjali komposti tal-fibra tal-karbonju jista 'jilħaq 20% sa 40%. Meta mqabbel mal-komponenti tal-metall tal-azzar, l-effett tat-tnaqqis tal-piż tal-materjali komposti tal-fibra tal-karbonju jista 'saħansitra jilħaq 60% sa 80%. L-użu ta 'materjali komposti tal-fibra tal-karbonju Dan mhux biss inaqqas il-kwalità ġenerali tal-vettura, iżda jaffettwa wkoll u jibdel il-proċess tal-manifattura tal-karozzi sa ċertu punt.

1 Tip ta 'Proċess

Il-Polimeri Rinforjati tal-Fibri tal-Karbonju (CFRP) jirreferu għal kompost ta 'fibri tal-karbonju bħala fażi ta' rinfurzar u materjal ta 'raża termoplastika jew thermosetting. It-teknoloġija tal-manifattura tal-materjali komposti CFRP tinkludi l-aktar proċessi ta 'formazzjoni ta' preimpressjoni u likwidu. It-tqabbil u l-analiżi tat-tipi ta 'proċess ta' komposti tal-matriċi tal-polimeru rinforzati bil-fibra tal-karbonju jidhru fit-Tabella 1.

2 Assemblea tal-Karozzi u Teknoloġija tal-Assemblea

L-assemblaġġ ikkombinat ta 'partijiet tal-karozzi komposti u l-konnessjoni bejn partijiet komposti u partijiet tal-metall huwa problema inevitabbli. Il-materjal kompost huwa anisotropiku, b'saħħa interlaminar baxxa u ductility baxxa, li jagħmel id-disinn u l-analiżi tal-ġonot ta 'materjali komposti ferm aktar kumplessi mill-metalli. Il-konnessjoni bejn il-partijiet tal-metall tradizzjonali fl-industrija awtomotiva mhix adatta għal materjali komposti. B'konnessjoni, għalhekk, huwa kruċjali li wieħed jifhem u jtejjeb il-mod li bih il-materjali komposti tal-karozzi huma konnessi u ffissati, u biex jagħmlu għażliet raġonevoli.

Minħabba l-kontinwità tal-fibri miksura mill-fetħiet, il-konċentrazzjonijiet lokali ta 'tensjoni huma kkawżati. Il-ġonot ta 'materjali komposti ġeneralment huma l-aktar ħolqa dgħajfa fl-istruttura kollha. Għalhekk, huwa kruċjali li tiġi żgurata s-saħħa tal-ġonot fid-disinn strutturali ta 'materjali komposti. Materjali komposti huma maqsuma fi tliet kategoriji ewlenin, jiġifieri, konnessjonijiet imwaħħlin, konnessjonijiet mekkaniċi, u konnessjonijiet ibridi bejn it-tnejn. Għal komposti termoplastiċi, hemm tekniki ta 'wweldjar. Id-disinn tat-teknoloġija tal-konnessjoni tal-materjal kompost jeħtieġ li jiġi determinat skont il-kundizzjonijiet speċifiċi tal-użu u l-ħtiġijiet tad-disinn tal-komponenti.

2.1 konnessjoni bil-kolla

Meta mqabbla mal-konnessjoni mekkanika, il-vantaġġi ewlenin tat-teknoloġija tal-irbit huma l-konċentrazzjoni tal-istress ikkawżata minn fetħiet, kwalità strutturali mnaqqsa, reżistenza għall-għeja, vibrazzjoni tajba u proprjetajiet ta 'insulazzjoni, dehra lixxa, proċess sempliċi ta' rbit u l-ebda problema ta 'korrużjoni elettrokimika. Madankollu, hemm xi nuqqasijiet fit-teknoloġija tal-irbit, bħal kontroll diffiċli tal-kwalità ta 'twaħħil, tixrid relattivament kbir ta' saħħa ta 'twaħħil, nuqqas ta' metodi ta 'spezzjoni affidabbli u rekwiżiti stretti fuq trattament tal-wiċċ u twaħħil ta' Għall-korp kompost tal-fibra tal-karbonju, it-twaħħil huwa l-konnessjoni prinċipali.

2.2 Konnessjoni mekkanika

Il-konnessjoni mekkanika ġeneralment tintuża r-rivets u l-boltijiet, hija l-aktar konnessjoni użata. Il-vantaġġ ewlieni tal-konnessjoni mekkanika hija l-affidabilità għolja tal-konnessjoni, li tista 'tiġi żarmata ripetutament u mmuntata matul il-manutenzjoni jew is-sostituzzjoni, ma teħtieġx trattament tal-wiċċ u għandha impatt relattivament żgħir fuq l-ambjent. L-iżvantaġġ prinċipali tal-konnessjonijiet mekkaniċi huwa ż-żieda fil-massa, il-konċentrazzjoni tal-istress, u l-korrużjoni elettrokimika ta 'metalli u kompożiti. Il-paragun ta 'konnessjonijiet ta' msiemer irbattuti u konnessjonijiet tal-bolt jidher fil-Figura 1.

2.3 Konnessjoni ibrida

Sabiex titjieb is-sigurtà u l-integrità tal-konnessjoni, f'xi siti ta 'konnessjoni importanti, metodu ta' konnessjoni ibrida ta 'tgħaqqid u konnessjoni mekkanika normalment jiġi adottat fl-istess ħin, u l-vantaġġi taż-żewġ metodi ta' konnessjoni huma utilizzati b'mod sħiħ biex jiżguraw li l- Sit ta 'konnessjoni għandu saħħa suffiċjenti u affidabilità għolja.

2.4 Iwweldjar

It-teknoloġija ta 'l-iwweldjar hija applikata prinċipalment għal partijiet komposti termoplastiċi. Il-prinċipju bażiku huwa li ssaħħan ir-reżina fuq il-wiċċ tal-kompost termoplastiku imdewweb, u mbagħad ittella 'l-istampa biex din tkun integrata. L-iwweldjar jinkludi l-iwweldjar ultrasoniku, l-iwweldjar bl-induzzjoni elettrika u l-iwweldjar tar-reżistenza Il-vantaġġi tal-iwweldjar huma konnessjoni tajba u ċiklu qasir, l-ebda trattament tal-wiċċ, qawwa ta 'konnessjoni għolja, stress baxx, eċċ .; l-inadegwatezzi huma diffiċli biex jiżżarmaw u jeħtieġu żid materjali konduttivi jew wajers tal-metall. Barra minn hekk, waqt l-iffurmar tal-membru strutturali kompost, il-konnettur tal-metall jista 'jiġi inkorporat fil-preform tal-fibra, u l-materjal kompost u l-membru integrat tal-metall huma integrati wara l-iffurmar, u l-partijiet komposti jistgħu jiġu konnessi permezz tal- biex tevita kompożiti ta 'ħsara għall-magni.

3 Vantaġġi ta 'applikazzjoni għall-karozzi

Hemm numru ta 'fatturi li għandhom jiġu kkunsidrati meta tagħżlu materjali tal-karozzi, bħal proprjetajiet mekkaniċi, piż ħafif, stabilità tal-materjal, id-definizzjoni tal-materjal, u l-ipproċessar. Kull wieħed minn dawn il-fatturi se jkollu impatt mhux negliġibbli fuq id-disinn, il-produzzjoni, il-bejgħ u l-użu tal-karozzi. F'dawn l-aħħar snin, il-Polimeri Rinforjati tal-Carbon Fiber (CFRP) saru materjal awtomotiv ġdid li jiġbed l-attenzjoni minħabba l-karatteristiċi uniċi ta 'prestazzjoni tiegħu. Meta mqabbel ma 'materjali awtomotivi oħra, il-komposti tal-matriċi tal-polimeru msaħħa tal-fibra tal-karbonju għandhom il-vantaġġi li ġejjin.

3.1 Propjetajiet mekkaniċi eċċellenti

Id-densità tal-komposti tal-matriċi tar-raża msaħħa tal-fibra tal-karbonju (CFRP) għall-vetturi hija ta '1.5 sa 2g / cm3, li hija biss 1/4 sa 1/5 ta' azzar tal-karbonju komuni, u hija madwar 1/3 eħfef minn liga ta 'aluminju, Materjal kompost tal-fibra Il-proprjetajiet mekkaniċi komprensivi huma ovvjament aħjar mill-materjali tal-metall, u s-saħħa tensili tagħha hija 3 sa 4 darbiet dik ta 'l-azzar. Il-qawwa tal-għeja ta 'l-azzar u l-aluminju hija 30% sa 50% ta' saħħa tensili, u CFRP jista 'jilħaq 70% sa 80%. Fl-istess ħin, CFRP għandu wkoll karatteristiċi aħjar ta 'damping tal-vibrazzjoni minn metalli ħfief, bħal-liga ħafifa teħtieġ 9s biex tieqaf il-vibrazzjoni. Il-materjal kompost tal-fibra tal-karbonju 2s jista' jitwaqqaf u jkollu saħħa speċifika ogħla u modulu speċifiku.

3.2 Iddisinjati

Id-disinn tal-materjal kompost tal-fibra tal-karbonju huwa qawwi, u l-materjal matriċi jista 'jiġi magħżul b'mod raġonevoli skont ir-rekwiżiti tal-prestazzjoni, l-arranġament tal-fibri jista' jiġi ddisinjat u l-istruttura tal-materjal kompost u d-disinn tal-prodott jistgħu jitwettqu b'mod flessibbli. Pereżempju, bl-arranġament tal-fibri tal-karbonju fid-direzzjoni tal-forza, l-anisotropija tas-saħħa tal-materjal kompost tista 'tiġi eżerċitata kollha, biex b'hekk jintlaħaq l-iskop ta' tnaqqis tal-materjal u ta ' Għal prodotti li jeħtieġu reżistenza għall-korrużjoni, materjal bażi b'reżistenza korrużjoni tajba jista 'jintuża waqt id-disinn.

3.3 jista 'jikseb manifattura integrata

Il-modularizzazzjoni u l-integrazzjoni huma wkoll xejriet fl-istruttura tal-karozzi. Meta l-materjal kompost huwa ffurmat, huwa faċli li tifforma wiċċ mgħawweġ ta 'diversi forom biex tinkiseb produzzjoni integrata ta' partijiet u komponenti tal-karozzi. Il-mudellar integrat mhux biss jista 'jnaqqas in-numru ta' partijiet u forom, inaqqas in-numru ta 'komponenti u proċessi oħra, iżda jqassar ħafna ċ-ċiklu tal-produzzjoni. Per eżempju, jekk il-modulu front-end ta 'karozza huwa magħmul minn materjal kompost ta' fibra tal-karbonju, jista 'jiġi ffurmat u integrat b'mod integrali biex tiġi evitata konċentrazzjoni ta' stress lokalizzat ikkawżat minn iwweldjar sussegwenti u pproċessar sussegwenti ta 'partijiet tal-metall, filwaqt li titnaqqas l- filwaqt li tnaqqas il-partijiet tal-karozzi. Kwalità, tnaqqas l-ispejjeż tal-manifattura.

3.4 Assorbiment tal-Enerġija u Reżistenza tal-Impatt

Il-kompożiti tal-matriċi tar-reżina msaħħa tal-fibra tal-karbonju (CFRP) għandhom ċertu grad ta 'viscoelasticity, u hemm moviment relattiv lokali żgħir bejn il-fibra tal-karbonju u l-matriċi, li jistgħu jiġġeneraw frizzjoni interfazjali. Taħt l-effett sinerġetiku tal-viscoelasticity u l-frizzjoni interfacial, il-partijiet CFRP għandhom assorbiment aħjar tal-enerġija u reżistenza tal-impatt. Min-naħa l-oħra, il-ħabtiet komposti ta 'fibra tal-karbonju assorbit b'mod speċjali fi frak żgħir f'ħabtiet ta' veloċità għolja jassorbu ammont kbir ta 'enerġija ta' impatt, u l-kapaċità tagħha ta 'assorbiment ta' enerġija hija 4 jew 5 darbiet ogħla minn dik tal-materjali tal-metall, itejbu l-vetturi. Sigurtà, tipproteġi s-sigurtà tal-membri.

3.5 Reżistenza tajba għall-korrużjoni

Il-kompożiti tal-matriċi tal-polimeru rinfurzati bil-fibra tal-karbonju huma prinċipalment magħmula minn materjali tal-irmonk tal-fibri tal-karbonju u r-reżina, u għandhom proprjetajiet ta ' Il-partijiet tal-karozzi magħmula minnhom m'għandhomx bżonn trattament antisettiku tal-wiċċ, u r-reżistenza tat-temp u r-reżistenza tagħhom fl-età huma tajbin. Il-ħajja tas-servizz tagħhom hija tajba. 2 sa 3 darbiet dak ta 'l-azzar.

3.6 prestazzjoni għolja fit-temperatura

Il-prestazzjoni tal-fibra tal-karbonju f'temperaturi taħt l-400 ° C tibqa 'stabbli ħafna, u m'hemm l-ebda bidla sinifikanti f'1 000 ° C.

3.7 Reżistenza tajba għall-għeja

Materjali rinforzati b'fibri tal-karbonju għandhom effett inibitorju fuq il-propagazzjoni ta 'xquq ta' għejja minħabba l-fibra, u r-reżistenza għall-għeja tagħha tista 'tilħaq 70% sa 80%. L-istruttura tal-fibra tal-karbonju hija stabbli. Wara l-ħajja tal-għejja tal-materjal kompost hemm miljuni ta 'ċikli, ir-rata ta' ritenzjoni tas-saħħa tagħha Għad hemm 60%, filwaqt li l-azzar u l-aluminju huma 40% u 30% rispettivament u fibreglass huwa biss 20% sa 25%. Għalhekk, ir-reżistenza għall-għeja tal-komposti tal-fibra tal-karbonju hija adattata għal firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet fl-industrija awtomotiva.

4 Analiżi Ekonomika għal Vetturi Ġodda tal-Passiġġieri tal-Enerġija

Minħabba l-użu tal-fibra tal-karbonju, il-ġisem jista 'jitnaqqas b'aktar minn 50%. Meta tieħu l-piż ta 'telf ta' 100kg fuq vettura tipika tal-klassi A bħala eżempju, is-sinifikat tal-ħfief tal-vettura huwa ovvju ħafna. Jista 'jiġi spjegat mill-aspetti li ġejjin: 1 Għal stazzjon wieħed Għal karozza tal-passiġġieri b'300 km u kapaċità ta' ċċarġjar ta '45 kW · h, l-istess firxa ta' sewqan tista 'titnaqqas bi 3.6 kW · h, kif ikkalkulat mill- "100 kg għal kull 100 kg, flimkien ma 'żieda ta' 8% fil-firxa tas-sewqan." L-ispiża tal-iffrankar tal-batteriji hija madwar 0.6 miljun wan; 2 Iċ-ċiklu tal-ħajja medju tas-sewqan ta '400,000 kilometru u l-ispiża tal-elettriku huma kkalkulati skont 0.9 wan / kW · h. L-ispiża tal-elettriku tal-vettura kollha tista 'tiffranka 400000/100 × 1.2 × 0.9 = 0.43 miljun. 100km jiffranka 1.2kW · h elettriku). Minħabba l-applikazzjoni ta 'materjali tal-fibri tal-karbonju, li jieħdu l-iskala ta' produzzjoni ta '50,000 vettura bħala eżempju, l-investiment tal-proċess salvat u investiment f'tagħmir huma kkonvertiti f'ekwivalenti ekonomiċi ta' vetturi elettriċi, u kull vettura hija Amortizzazzjoni ffrankat madwar 2,000 wan; 4 minħabba li l-proċess huwa razzjonalizzat, l-ispejjeż tal-persunal mill-inqas jiffrankaw 1,000 wan / Tajwan.

L-oġġetti ta 'hawn fuq huma somma sa iffrankar medju ta' 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 13.3 miljun wan kull vettura, iżda dawn l-ispejjeż mhumiex biżżejjed biex jikkumpensaw għaż-żieda fl-ispiża tal-materjal innifsu minħabba l-introduzzjoni tal-fibra tal-karbonju. Jidher li għad hemm problemi kbar fl-applikazzjoni tal-korpi tal-fibra tal-karbonju. Jekk trid tippromwovi ġisem ħafif, tista 'tibda biss milli tnaqqas l-input tal-proċess u t-tagħmir. L-oġġetti ta 'hawn fuq huma somma sa iffrankar medju ta' 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 13.3 miljun wan kull vettura, iżda dawn l-ispejjeż mhumiex biżżejjed biex jikkumpensaw għaż-żieda fl-ispiża tal-materjal innifsu minħabba l-introduzzjoni tal-fibra tal-karbonju. Jidher li għad hemm problemi kbar fl-applikazzjoni tal-korpi tal-fibra tal-karbonju.

Jekk trid tippromwovi ġisem ħafif, tista 'tibda biss milli tnaqqas l-input tal-proċess u t-tagħmir.

Jekk il-karozza tikseb produzzjoni massiva ta 'korpi tal-fibra tal-karbonju, l-ispiża tal-materjal tal-fibra tal-karbonju nnifisha se titnaqqas ħafna, l-effett kollu tal-industrija se jkun pjuttost kbir u l-benefiċċji ekonomiċi jsiru wkoll ovvji. Dawn huma biss mill-perspettiva tal-analiżi tal-fibra tal-karbonju, jekk tqis il-fattur ta 'tnaqqis tal-piż tal-ġisem tal-karozza tal-liga tal-aluminju ta' 50kg, skont l-istess raġuni stack pożittiv, l-effett ekonomiku huwa ovvju.

5 Xejriet ta 'Żvilupp għall-Korp tal-Vettura

Minħabba l-karatteristiċi tal-kompożiti rinforzati bil-fibra tal-karbonju, dan it-tip ta 'materjal huwa dejjem iktar iffavorit mill-manifatturi tal-karozzi. Huwa stmat li fis-settur awtomobilistiku, l-użu tal-fibra tal-karbonju qed jikber b'rata annwali medja ta '34% u se jilħaq 23,000 tunnellata sal-2020. Il-Figura 2 turi l-pjan direzzjonali għall-iżvilupp ta' kompożiti msaħħa b'fibra tal-karbonju għall-karrozzerija.

Bħalissa, komposti rinforzati bil-fibra tal-karbonju huma prinċipalment applikati għal pannelli tal-body, trims tal-ġisem, u komponenti strutturali. Per eżempju, il-BMW uża numru kbir ta 'materjali komposti tal-fibra tal-karbonju fl-iżvilupp ta' varjetà ta 'mudelli għall-manifattura ta' partijiet strutturali tal-ġisem. Dan sar mument importanti għall-applikazzjoni tal-materjali komposti tal-fibra tal-karbonju fil-manifattura tal-karozzi. Fl-istess ħin, il-BMW kompliet tikkoopera ma 'SGL fil-Ġermanja u investiet 100 miljun ewro fir-riċerka u l-iżvilupp ta' fibra tal-karbonju bi prezz baxx u żiedet il-produzzjoni tal-fibra tal-karbonju minn 3,000 tunnellata fis-sena għal 9000 tunnellata biex tilħaq il- -serje vetturi elettriċi u oħrajn. Id-domanda għall-mudelli.

6 Konklużjoni

Fil-qosor, il-komposti tal-matriċi tar-raża rinforzati bil-fibra tal-karbonju (CFRP) saru direzzjoni ta 'żvilupp importanti għal materjali awtomotivi ġodda fil-futur bil-vantaġġi uniċi ta' prestazzjoni. Madankollu, sabiex jiġi promoss l-użu ta 'dan il-materjal fil-qasam tal-karozzi, huwa meħtieġ li tinbeda riċerka u żvilupp kollaborattiv ta' produzzjoni, tagħlim u riċerka mill-aspetti li ġejjin: (1) Tiftix ulterjuri għal prekursuri ta ' (2) Tiżviluppa proċessi ġodda ta 'manifattura ta' fibri tal-karbonju, bħal stabilizzazzjoni ta 'materjali prekursuri. Teknoloġija; 3 Ottimizza l-parametri tal-proċess tal-manifattura tal-fibra tal-karbonju jew juża fibra tan-nano-karbonju biex itejjeb aktar il-prestazzjoni tal-materjali komposti CFRP; 4 Tiżviluppa mlewna u effettivi l-iffurmar tal-partijiet tas-CFRP u t-teknoloġiji tal-manifattura, bħat-teknoloġija molding ta 'solidifikazzjoni mgħaġġla u teknoloġija tal-kontroll tal-fluss tal-materjal kompost; 5 Uża t-teknoloġija tal-analiżi tal-simulazzjoni tal-kompjuter (CAE) biex tagħżel materjali komposti differenti tal-fibra tal-karbonju u tottimizza l-parametri tal-proċess tal-iffurmar.