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全球汽车轻量化复合材料开发与应用最新进展
发布时间:2022-04-27
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无论是改进现有产品还是设计全新产品,汽车车身材料的选择对于汽车制造商来说是一个非常重要的步骤,

 

复合材料是仅次于黑色金属和合金(占汽车重量的68%)的第二大类材料,在汽车工业中有着广泛的应用。塑料用于内部部件、车门和座椅组件,占商用车辆的50%左右。塑料的使用随着时间的推移而发展,早期使用塑料是因为其良好的机械性能、优异的外观、自着色等。但是现在,由于塑料具有重量轻、耐用、韧性好、设计灵活、耐腐蚀、高性能且成本低廉等特性,因此塑料主要用于汽车,约占汽车总重量的10-15%。

 

最新的复合材料技术在汽车工业中比传统材料有很大的优势。如今,复合材料在许多应用中成为一种有前途的材料。纤维增强塑料复合材料是一种较轻的材料,由于其低密度和用于减轻车辆重量的潜在能量,为汽车工业提供了广泛的优势。由于改进的冲击性能特征、能量吸收能力、重量轻和抗腐蚀性能在车辆和军事应用中,复合材料是吸收冲击能量的金属结构的理想替代品。优异的耐腐蚀性和其他化学特性可以帮助制造商延长单个部件和整车的寿命。汽车设计的改进、法规要求的转变、对可持续性的关注以及对在汽车中使用轻质材料的关注,使得汽车工业中的塑料部件有了巨大的增长。塑料能够从可再生原材料中成型为复杂几何形状的部件,并且具有多种聚合物,这使得它们易于在几个部件中进行更换,并且更容易装配到整体附件中。塑料使用的增加及其在车辆外部和内部部件中的应用在图中有所描述。

 

碳纤维是指一种由碳原子排列成细长晶体并编织成织物的材料。与环氧树脂结合的织物几乎可以塑造成任何形状,这些形状也不能用传统材料建造,因此汽车行业已经开始使用碳纤维制造坚固、轻质的部件,以提高速度、改善空气动力学和燃油效率[20]。碳纤维增强塑料(CFRP)是一种耐用、轻质、昂贵的复合材料,但用于制造车身时,比钢制车身减轻50%以上的重量,比铝制车身轻30%。它与传统金属相比有几个优点,抗张强度重量轻、耐化学性、耐高温和低热膨胀,使其适合用于需要承载结构的应用[36],[37]其生产复杂形状和零件的可制造性以及高拉伸和压缩强度,使CFRP在许多应用领域成为钢铁等传统材料的潜在替代品,如车身板件、悬架、转向、刹车(碳纤维增强碳化硅)[35],以及其他配件。碳纤维增强塑料仍主要用于非结构性和装饰性元件,但在过去十年中,结构性应用取得了重大进展,并有可能用于制造底盘结构、保险杠、发动机支架、车顶板、后挡板、发动机罩和加强筋结构。

 

从图中可以看出,2012年,汽车行业占全球碳纤维使用量的5%2150吨),并在随后几年持续增长。原因是立法和消费者偏好的变化迫使汽车制造商使用碳纤维来生产轻型汽车,有效地消耗燃料,并在使用时排放更少的碳。根据2013年全球CRP市场预测,汽车行业的碳纤维应用预计每年增长约34%,到2020年达到近23000吨。

 

复合材料具有生产轻质汽车部件和结构的潜力和极好的可能性。碳纤维增强塑料(CFRP)具有与汽车工业的需求直接相关的性质,已经产生了影响,汽车工业也正在使用它来制造车身结构和其他汽车部件。虽然塑料和复合材料可能是汽车制造商主要解决方案的一部分,但这些纤维的加工成本太高,生产低成本纤维和复合材料的研究已经引起了工业界的兴趣,这使得在车辆的主要车身部件中大规模使用纤维成为可能。有助于减轻重量以及提高车辆的燃油效率。(来源:汽车材料网)

 

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