عادة ما يتم دمج ألياف الكربون مع راتنجات الايبوكسي لتشكيل مادة مركبة. ترث هذه المادة المركبة سلسلة من المزايا مثل قوة معينة ، ومعامل محدد ، وقوة التعب وامتصاص الطاقة ومقاومة الصدمات لألياف الكربون نفسها. في الوقت نفسه ، فإنه يرث الايبوكسي. تصميم صيغة الراتنج مرن ومتنوع ، ويتم استهداف التطبيق. مقارنة مع الأجزاء الهيكلية سبائك الألومنيوم ، يمكن أن تأثير تخفيف الوزن من مركبات ألياف الكربون تصل إلى 20 ٪ إلى 40 ٪. بالمقارنة مع الأجزاء المعدنية الفولاذية ، يمكن أن يصل تأثير تقليل الوزن لمواد ألياف الكربون المركبة إلى 60٪ إلى 80٪. استخدام المواد المركبة من ألياف الكربون لم يقتصر الأمر على خفض جودة السيارة بأكملها ، ولكنه أثر أيضًا على عملية تصنيع السيارات وغيرها إلى حد ما.
1 نوع العملية
البوليمرات المقواة بالألياف الكربونية (CFRP) تشير إلى مادة تم الحصول عليها عن طريق الجمع بين ألياف الكربون كطور تعزيز مع مادة راتنج بالحرارة أو بالحرارة. تتضمن تكنولوجيا تصنيع مركبات CFRP أساسًا عمليات التشكيل المسبق والسائل. ويبين الجدول 1 التحليل المقارن لأنواع العمليات لمركبات مصفوفة البوليمر المقواة بالألياف الكربونية.
2 قطع غيار السيارات ربط تكنولوجيا التجمع
إن التجميع المشترك بين أجزاء المركبة المركبة والاتصال بين الأجزاء المركبة والمكونات المعدنية هو مشكلة حتمية. تكون المادة المركبة متباينة الخواص ، وتكون قوة الطبقة البينية منخفضة نسبيًا ، وتكون ليونة صغيرة ، مما يجعل تصميم المفاصل المركبة وتحليلها أكثر تعقيدًا من المعدن. العلاقة بين الأجزاء المعدنية التقليدية لصناعة السيارات لا تنطبق على المواد المركبة. لذلك ، من المهم للغاية فهم وتحسين طريقة دمج مركبات السيارات وتأمينها.
يحدث تركيز الإجهاد المحلي بسبب استمرارية الألياف المكسورة. عادةً ما تكون الوصلات المركبة هي أضعف حلقة في الهيكل العام ، لذا فإن ضمان قوة المفصل هو مفتاح التصميم الهيكلي المركب. تنقسم المواد المركبة أساسا إلى ثلاث فئات ، وهي المفاصل الملصقة ، والمفاصل الميكانيكية ، والمفاصل الهجينة للاثنين. للمركبات الحرارية ، وهناك أيضا تقنيات لحام. يجب تحديد التصميم المشترك لتصميم التكنولوجيا بناءً على الاستخدام المحدد لمكونات التصميم والتصميم.
2.1 اتصال الغراء
بالمقارنة مع الاتصال الميكانيكي ، فإن الميزة الرئيسية لتكنولوجيا الربط هي أنه لا يوجد تركيز إجهاد ناجم عن الفتح ، جودة الهيكل تنخفض ، مقاومة التعب ، تخميد الاهتزاز وأداء العزل جيد ، المظهر سلس و على نحو سلس ، عملية الترابط بسيطة ، وليس هناك مشكلة التآكل الكهروكيميائية. ومع ذلك ، فإن تقنية الترابط لديها أيضًا بعض أوجه القصور ، مثل صعوبة التحكم في الجودة في الترابط ، والتشتت الكبير لقوة الترابط ، وعدم وجود طرق تفتيش موثوق بها ، ومتطلبات صارمة لمعالجة السطح وعملية الترابط لسطح الترابط. للجسم مركب من ألياف الكربون ، والغراء هو الاتصال الرئيسي.
2.2 اتصال ميكانيكي
تستخدم التوصيلات الميكانيكية عادةً المسامير والبراغي وهي أكثر أنواع التوصيل شيوعًا. وتتمثل الميزة الرئيسية للوصلة الميكانيكية في الموثوقية العالية للاتصال ، والتفكيك والتجميع المتكرر أثناء الصيانة أو الاستبدال ، والحاجة إلى التعامل مع السطح ، ويكون التأثير على البيئة صغيرًا نسبيًا. العيب الرئيسي للانضمام الميكانيكية هو أنه يزيد من الجودة ، ويسبب تركيز الضغط ، ويسبب التآكل الكهروكيميائي في اتصال مع المركب. تظهر المقارنة بين توصيل البرشمة ووصلة البرغي في الشكل 1.
2.3 اتصال مختلط
من أجل تحسين سلامة وسلامة الاتصال ، في بعض أجزاء التوصيل الهامة ، عادةً ما يتم استخدام طريقة التوصيل الهجينة للاتصال الغراء والاتصال الميكانيكي في نفس الوقت ، ويتم استخدام مزايا طريقتين الاتصال بشكل كامل لضمان كفاية القوة ونقطة اتصال عالية. الموثوقية.
2.4 اللحام
يتم تطبيق تكنولوجيا اللحام بشكل رئيسي على الأجزاء المركبة بالحرارة. المبدأ الأساسي هو تسخين الراتنج على سطح المركب بالحرارة المنصهر ، ومن ثم الضغط عليه والانضمام إليه. هناك ثلاث طرق رئيسية للحام: اللحام بالموجات فوق الصوتية ، لحام الحث الكهربائي ، لحام المقاومة. مزايا اللحام هي تأثير اتصال جيد ودورة قصيرة ، بدون معالجة سطحية ، قوة مشتركة عالية ، إجهاد منخفض ، وما إلى ذلك ؛ العيب هو أنه ليس من السهل تفكيكها ، ومن الضروري إضافة مواد موصلة أو أسلاك. بالإضافة إلى ذلك ، في عملية التشكيل للعضو المركب الهيكلي ، يمكن تضمين الموصل المعدني في شكل الألياف ، ويتم دمج المادة المركبة والمكون المعدني المضمّن بعد التشكيل ، ويمكن توصيل المكون المركب بواسطة المعدن المضمّن مكون لتجنب المركبات أضرار تشكيله.
3 مزايا التطبيق للسيارات
هناك عدد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار مواد السيارات ، مثل الخواص الميكانيكية ، وخفة الوزن ، واستقرار المواد ، وإمكانية تصميم المواد ، وقابلية المعالجة. سيكون لكل عامل تأثير كبير على تصميم وانتاج ومبيعات واستخدام السيارة. في السنوات الأخيرة ، أصبحت البوليمرات المقواة بالألياف الكربونية (CFRP) مادة جديدة للسيارات ذات خصائص الأداء الفريدة. ألياف الكربون البوليمرات مصفوفة مصفوفة لها مزايا التالية على مواد السيارات الأخرى.
3.1 خصائص ميكانيكية ممتازة
إن مركب مصفوفة راتنجات الكربون المقوى بألياف الكربون (CFRP) له كثافة تتراوح من 1.5 إلى 2 جم / سم 3 ، وهو فقط 1/4 إلى 1/5 من الفولاذ الكربوني العادي ، وهو أخف بنسبة 1/3 من سبيكة الألومنيوم ، ولكن ألياف الكربون المواد المركبة إن الخواص الميكانيكية الشاملة أفضل بكثير من المواد المعدنية ، وقوة الشد هي 3 إلى 4 مرات من الفولاذ. قوة التعب من الصلب والألمنيوم هي 30 ٪ إلى 50 ٪ من قوة الشد ، في حين أن CFRP يمكن أن تصل إلى 70 ٪ إلى 80 ٪. في نفس الوقت ، لديه CFRP خصائص تخميد اهتزاز أفضل من المعدن الخفيف. على سبيل المثال ، تحتاج سبائك الضوء إلى 9s لإيقاف الاهتزاز. يمكن إيقاف المواد المركبة من ألياف الكربون لمدة ثانيتين ، وتكون قوة معينة ومعامل معين مرتفعًا.
3.2 تصميم
تتميز المادة المركبة من ألياف الكربون بقدرة عالية على التصميم ، ويمكنها اختيار المادة الأساسية بشكل معقول وفقًا لمتطلبات الأداء ، وتصميم ترتيب الألياف والشكل البنيوي للمادة المركبة ، وتصميم المنتج بمرونة. على سبيل المثال ، من خلال ترتيب ألياف الكربون في اتجاه القوة ، يمكن استخدام تباين قوة المواد المركبة بشكل كامل ، وبالتالي تحقيق الغرض من حفظ المواد وتقليل الجودة. بالنسبة للمنتجات التي تتطلب مقاومة للتآكل ، يمكن اختيار مادة أساسية ذات مقاومة جيدة للتآكل للتصميم.
3.3 التصنيع المتكامل ممكن
تشكل الاندماج والتكامل أيضًا اتجاهًا إلى تطوير بنية السيارات. من السهل أن تشكل المواد المركبة أسطحًا منحنية من مختلف الأشكال أثناء التشكيل ، مما يتيح التصنيع المتكامل لقطع غيار السيارات. لا يمكن للصقل المتكامل أن يقلل فقط من عدد الأجزاء وعدد القوالب ، ويقلل من عدد الأجزاء والعمليات الأخرى ، ولكن أيضًا يقلل بشكل كبير من دورة الإنتاج. على سبيل المثال ، إذا كانت وحدة الواجهة الأمامية للسيارة مصنوعة من مادة مركبة من ألياف الكربون ، فيمكنها تحقيق صب متكامل متكامل ، وتجنب تركيز الضغط المحلي الناتج عن لحام اللحام اللاحق والمعالجة اللاحقة للأجزاء المعدنية ، وتقليل أجزاء السيارة مع ضمان دقة المنتج وتحسين الأداء. الجودة ، والحد من تكاليف التصنيع.
3.4 امتصاص الطاقة ومقاومة التأثير
إن مركب مصفوفة راتينج الكربون المقوي بالألياف (CFRP) له درجة لزوجة معينة ، وهناك حركة نسبية محلية طفيفة بين ألياف الكربون والمصفوفة ، والتي يمكن أن تولد احتكاكًا بينيًا. في إطار التآزر بين مرونة اللزوجة والاحتكاك البيني ، فإن أجزاء CFRP تتمتع بامتصاص أفضل للطاقة ومقاومة تأثير. من ناحية أخرى ، فإن هيكل امتصاص الصدمات المركب المكون من ألياف الكربون المنسوجة بشكل خاص يتكسر إلى شظايا أصغر في تصادم عالي السرعة ، يمتص كمية كبيرة من طاقة الصدم ، وتكون سعة امتصاص الطاقة الخاصة به 4 إلى 5 مرات أعلى من المواد المعدنية ، التي يمكن أن تحسن بشكل فعال السيارة. الأمن لحماية سلامة الأعضاء.
3.5 مقاومة جيدة للتآكل
تتكون المواد المركبة من البوليمر المقوى بالألياف الكربونية بشكل رئيسي من سحب ألياف الكربون ومواد الراتنج ، ولها مقاومة ممتازة للحامض والقلويات. لا تحتاج قطع غيار السيارات المصنعة بنفس الطريقة إلى معالجة ضد التآكل السطحي ، ولها مقاومة جيدة للطقس ومقاومة للتقدم في العمر ، وعمر الخدمة عمومًا هو من 2 إلى 3 مرات من الفولاذ.
3.6 أداء جيد لدرجة الحرارة
تتمتع ألياف الكربون بأداء مستقر جدًا تحت 400 درجة مئوية ولا تتغير كثيرًا عند 1000 درجة مئوية.
3.7 مقاومة التعب الجيدة
وتعزز المادة المقواة بالألياف الكربونية نمو تشقق الألياف ، ويمكن أن تصل مقاومة التعب إلى 70٪ إلى 80٪. هيكل ألياف الكربون مستقر ، وقوة المادة المركبة بعد اختبار دورة التعب الإجهاد هي الملايين من المرات. لا يزال هناك 60 ٪ ، في حين أن الصلب والألمنيوم 40 ٪ و 30 ٪ على التوالي ، و FRP 20 ٪ فقط إلى 25 ٪. ولذلك ، فإن مقاومة التعب من ألياف الكربون المركبة مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات في صناعة السيارات.
4 التحليل الاقتصادي لمركبات الركاب الجديدة للطاقة
بسبب الإشارة إلى ألياف الكربون ، يمكن تقليل وزن الجسم بأكثر من 50٪. مع أخذ وزن 100 كيلوجرام من طراز الفئة A النموذجية كمثال ، فإن وزن السيارة بالكامل واضح جداً. يمكن توضيح ذلك من خلال الجوانب التالية: 1 لـ 1 بالنسبة لسيارة ركاب بمسافة قيادة تبلغ 300 كم واستهلاك طاقة 45kW · h ، يمكن تقليل نفس نطاق القيادة بـ 3.6kW · h بواسطة خبير الصناعة "100kg لكل تخفيض الوزن وزيادة بنسبة 8 ٪ في مجموعة القيادة ". تبلغ تكلفة توفير البطارية حوالي 0.6 مليون يوان. 2 ، مع دورة حياة من 400،000 كيلومتر وتكلفة الكهرباء في المتوسط من 0.9 يوان / كيلوواط · ح ، يمكن حفظ تكلفة الكهرباء في دورة حياة السيارة بمقدار 400،000 / 100 × 1.2 × 0.9 = 0.32 مليون يوان. 100km إنقاذ 1.2kW · h حساب الكهرباء) ؛ 3 بسبب تطبيق مواد ألياف الكربون ، مع أخذ حجم الإنتاج من 50000 سيارة كمثال ، يتم تحويل الاستثمار المحفوظ في التكنولوجيا والمعدات إلى المعادل الاقتصادي للمركبات الكهربائية ، في كل مركبة. سيوفر الإطفاء حوالي 2000 يوان. 4 لأنه يتم تبسيط العملية ، يمكن توفير تكاليف الموظفين ما لا يقل عن 1000 يوان / تايوان.
إجمالاً ، يبلغ متوسط تكلفة السيارة 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 1.33 مليون ، لكن هذه التكاليف ليست كافية لتعويض الزيادة في تكلفة المادة نفسها بسبب إدخال ألياف الكربون. يمكن ملاحظة أن تطبيق ألياف الكربون لا يزال يعاني من مشكلة كبيرة. إذا كنت ترغب في تعزيز هيئة خفيفة الوزن ، يمكنك البدء فقط من تقليل الاستثمار في التكنولوجيا والمعدات. إجمالاً ، يبلغ متوسط تكلفة السيارة 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 1.33 مليون ، لكن هذه التكاليف ليست كافية لتعويض الزيادة في تكلفة المادة نفسها بسبب إدخال ألياف الكربون. يمكن ملاحظة أن تطبيق ألياف الكربون لا يزال يعاني من مشكلة كبيرة.
إذا كنت ترغب في تعزيز هيئة خفيفة الوزن ، يمكنك البدء فقط من تقليل الاستثمار في التكنولوجيا والمعدات.
إذا حققت السيارة إنتاجًا كبيرًا من ألياف الكربون ، فإن تكلفة مادة ألياف الكربون نفسها ستنخفض بشكل كبير ، وسيكون تأثير الصناعة بأكمله كبيرًا إلى حد كبير ، وستصبح الفوائد الاقتصادية أكثر وضوحًا. يتم تحليل هذه فقط من منظور ألياف الكربون. إذا أخذنا بعين الاعتبار عامل تقليل وزن جسم سبيكة الألمنيوم بـ 50 كيلوجرام ، فإن الأثر الاقتصادي واضح.
5 لتنمية الجسم
ونظرا لخصائص المواد المركبة المقواة بالألياف الكربونية ، فإن هذه المواد يفضلها تدريجيا مصنعو السيارات. تشير التقديرات إلى أن استخدام ألياف الكربون في قطاع السيارات ينمو بمعدل سنوي متوسط يبلغ 34٪ وسيصل إلى 23000 طن بحلول عام 2020. الشكل 2 هو خارطة طريق لتطوير مركبات الكربون المقواة بالألياف.
في الوقت الحالي ، تستخدم المواد المركبة المقواة بالألياف الكربونية بشكل أساسي في أغطية الجسم ، والأجزاء الزخرفية والأعضاء الهيكلية في الجسم. على سبيل المثال ، استخدمت BMW مركبات ألياف الكربون لتصنيع أجزاء هيكلية في مجموعة متنوعة من النماذج التي طورتها ، والتي أصبحت لحظة مهمة لمركبات ألياف الكربون في تصنيع السيارات. وفي الوقت نفسه ، تعاونت BMW مع SGL (SGL) لاستثمار 100 مليون يورو لتطوير ألياف الكربون منخفضة التكلفة وزيادة إنتاج ألياف الكربون من 3000 طن في السنة إلى 9000 طن لتلبية المركبات الكهربائية المتزايدة من BMW i-series و الآخرين. الطلب على النماذج.
6 الخلاصة
باختصار ، أصبحت مركبات مصفوفة راتنجات الكربون المقواة بالألياف (CFRP) اتجاهًا مهمًا للتطوير لمواد السيارات الجديدة في المستقبل نظرًا لمزايا الأداء الفريدة التي تقدمها. ومع ذلك ، إذا كان من المقرر الترويج لهذه المادة وتطبيقها في مجال السيارات ، فمن الضروري بدء البحث التعاوني وتطوير الصناعة والأوساط الأكاديمية والبحوث من النواحي التالية: 1 لمزيد من البحث عن سلائف من ألياف الكربون أقل تكلفة ؛ 2 إلى تطوير عمليات جديدة لتصنيع ألياف الكربون ، مثل استقرار المواد الأولية. 3؛ تحسين معايير عملية تصنيع ألياف الكربون أو استخدام ألياف الكربون النانوية لزيادة تحسين أداء مركبات CFRP ؛ 4 تطوير سريعة وفعالة تكنولوجيا التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أجزاء تشكيل صب ، مثل تكنولوجيا المعالجة السريعة ، تكنولوجيا التحكم في تدفق المواد المركبة ؛ 5 استخدام تكنولوجيا تحليل المحاكاة الحاسوبية (CAE) لتحديد مواد مركبة مختلفة من ألياف الكربون وتحسين معاملات عملية التشكيل.
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------
XIAMEN LFT COMPOSITE PLASTIC CO.، LTD.
التركيز على (LFT-G ، LFRT) R & D والإنتاج: السلطة الفلسطينية ، PP ، TPU ، PPS ، PBT ، PPA الألياف الزجاجية الطويلة والألياف الكربونية التسلل المستمر بالحرارة البلاستيك المركب سلسلة هندسة تعزيز اللدائن
إذا كنت بحاجة إلى مزيد من المعلومات ، فلا تتردد في الاتصال بي.
مايك لي
البريد الإلكتروني: sale02@lfrtplastic.com
الهاتف المحمول: + 86-180-5026-9764 (wechat / whatsapp / skype)
الموقع الإلكتروني: www.lfrt-plastic.com
إضافة: No.27 هونغكسي الطريق ، تيانجونج Chuangxin التكنولوجيا بارك ، ماكسيانج تاون ، شيانغآن حي. ، شيامن ، فوجيان ، الصين.
