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车用碳纤维复合资料机能及成型工艺

来源:环球app下载 作者:环球app下载安装

2024-03-04 06:48:34

  碳纤维复合原料(CFRP)拥有高强度、高刚度、高断裂韧性、耐侵蚀、高阻尼等特色,可大幅升高汽车服役寿命、燃油效劳 和安好舒坦性,已被公以为汽车工业规模最理念的轻量化原料。但因为古代复合原料成型工艺原因于种类多、批量幼、高本钱生 产的航空工业,为了餍足车用 CFRP 对高效劳、低本钱、范围化、自愿化造作本领的紧迫需求,国际主流车企勾结车身部件策画灵 活、厚薄不均、庞大水准地区其余的确特色,斥地了浩繁不同化的新型疾速成型工艺,以完毕最幼碳纤维用量下最大水准地阐发 复合原料效用的目标。本文通过与高强钢、铝合金、镁合金等其他进步轻质原料的比较,先容了碳纤维复合原料正在操纵功能上的 多样化特色及明显上风;并勾结车用碳纤维复合原料部件模范运用案例,剖判了今朝最具起色潜力的不同化疾速成型工艺。

  跟着中国工业化、城镇化脚步的延续推动和人类节能环 保认识的延续加强,汽车工业起色与能源、处境之间的抵触 愈演愈烈,而人类对愈加节能、环保和安好的新型汽车的需 求越来越紧迫。汽车轻量化本领是正在保障零部件操纵功能 和行驶安好性的条件下,完毕整车减重的手腕,也是升高燃 油效劳、节减尾气排放最直接的式样。 碳 纤 维 增 强 树 脂 基 复 合 材 料(carbon fiber reinforced plastics, CFRP)拥有轻质高强、高断裂韧性、耐侵蚀、可策画 性强、易成型、减振阻尼功能好等一系列利益,既可能餍足部 件倔强度、轻量化的策画央浼,正在车辆安好性上也拥有彰着 上风。目前,CFRP 已成为继高强钢、铝合金、镁合金、工程塑 料和玻璃纤维复合原料(glass fiber reinforced plastics,GFRP) 后汽车工业规模最流通、最具起色潜力的轻量化新原料。

  从目前国表里轻量化原料的近况和起色趋向来看,虽然 高强钢仍是现阶段运用最广博、最成熟的汽车轻量化原料, 临时不会被代替,铝合金、镁合金、工程塑料及 GFRP 等的应 用也透露渐渐延长的趋向,但 CFRP 正在轻质高强高模、抗袭击 性、减震隔音功能、耐蚀性等方面所拥有的明显上风是其他 原料不成相比的。 1.1 轻质高强高模 CFRP 由 碳 纤 维 增 强 相 与 树 脂 基 体 组 成 ,具 有 轻 质 、高 强、高模的特色。其密度为 1.5~2 g/cm3,约为高强钢的 1/4、铝 合金的 2/3,与 GFRP、镁合金相当。遵循奥迪公司的统计[1],

  正在稳固革部件表形、布局和成效的条件下,采用区其余轻量 化原料,铝合金、镁合金部件诀别比高强钢部件减重 40%和 49%,准各向同性 CFRP 和单向织物 CFRP 的减重百分比则可 到达 52%和 76%(图 1)。可见,CFRP 的减重结果明显,假设 勾结优化布局策画计划,则可得回更好的轻量化结果。

  CFRP 的 拉 伸 强 度 和 拉 伸 模 量 受 到 纤 维 种 类 、用 量 、形 态、铺层式样以及树脂等多方面身分的影响,涌现纷歧而 足。全体上讲,拉伸强度、拉伸模量,特殊是比强度和比模量 都比金属原料明显升高,是 CFRP 的中枢功能上风。表 1 列 出了代表性轻量化原料的强度、模量等力学功能[2],能够看出 CFRP 的比强度、比模量比合金原料超出数倍,涌现高出。 CFRP 特殊是相联纤维 CFRP,因为力学功能的各向异性 特色高出,沿纤维对象强度最大,而笔直于纤维对象强度最幼,属亏弱合节。是以,需求遵循承载性子对纤维取向实行 特殊策画。

  CFRP 的高强度、高刚度特色也决意了正在形成相像水准 的变形乃至断裂损害时,CFRP 部件可能比其他原料部件从 表界招揽更多的能量。CFRP 碰撞经过中的能量招揽率是钢 和铝合金的 4~5 倍[3],即 CFRP 拥有更高的断裂韧性。奔跑公 司曾正在 SLR McLaren 跑车最前端的吸能区采用 CFRP 尖塔式溃缩柱(图 2),其由多数根碳纤维束编织而成,不光拥有极高的强度,并且当承袭正面撞击时,CFRP 溃缩柱可能通过破 碎成多数微幼碎片的式样招揽大方撞击能量,升高了车辆的 安好性。同时,这种损害形势形似于钢化玻。


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