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碳纤维复合材料在汽车车身上的应用及主要制造

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-06-24【

一、未来汽车工业为什么用复合材料

复合材料可以减轻车身重量,降低油耗,减少尾气排放,提高装载量;其抗冲击性强,能量吸收能力强,可以非常好地改善汽车的安全性能,F1上大量使用碳纤维,就是一个最好的证明;复合材料的可设计性灵活,可视的碳纤维外观使汽车造型更加美观时尚;其抗疲劳、耐腐蚀性能好,可以延长车身寿命,这一特点在航空航天领域得到普遍认可。

二、 复合材料在汽车上的应用

复合材料在汽车上主要可应用于发动机罩、翼子板、车顶、行李箱、门板、底盘等结构件中。碳纤维最初主要应于赛车当中,随着车用复合材料技术地不断成熟发展,现在也被广泛地应用于超级跑车和高价值民用轿车上。在商用车应用上,也逐渐从重型卡车中,广泛地延伸到大巴车和轻型小卡。

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1、主承载车身结构件

为了确保足够的安全性能,在主承载车身结构件上汽车厂商通常要选择强度,刚性及耐冲击性能均很高的材料用于制作主承力结构件,这时环氧树脂碳纤维增强复合材料就成为理想的材料选择。

环氧树脂碳纤维增强复合材料具有可设计性,质轻高强,与同体积的铝合金构件相比减重可达50%,耐冲击,耐腐蚀,抗疲劳, 材料寿命长,此类材料制作的主承载车身结构件,不仅大大提高了汽车的安全性,而且降低了车重,减少了燃油消耗,提高了经济性,另外还改善了美观性。

2、次承力结构件

次承力结构件主要包括:车门,发罩,行李舱门,前后杠,翼子板,扰流板等部件,其结构大都为层合实体结构和复合材料三明治夹心结构。

三明治结构特点:

蒙皮选用高强度高模量材料制作,承受较大的弯曲负荷;芯材选用一定刚度和强度的低密度材料,其抗剪切性能突出,可承受较大的冲击载荷;胶结层将蒙皮和芯材连接在一起,承受剪切应力;由于选用低密度芯材,重量会进一步降低。 123456

三、用于制作车身结构的主要制造工艺



1、预浸料袋压/热压罐(Autoclave)

该工艺是将纤维预先被树脂浸润,制成半固化态材料,过程中纤维和树脂含量是可控的,采用手工积层,干法操作,易于施工,环境友好。成型制品表面精度高,孔隙率低,品质高,由于采用热压罐加压固化,层间结合紧密,机械强度优。目前是应用最广泛的工艺,是高端复合材料必备工艺,其材料需要低温运输和储存。

工艺流程:根据铺层设计和工艺规范在模具上手工逐层干法铺贴;制袋密封,使其内部处于真空并产生负压,消除气泡;送入热压罐,在一定的温度、压力、时间下固化成型。

2、树脂传递模塑(RTM)

该工艺是将纤维经预成型,预编织处理,纤维铺放可设计,制品受力合理。预成型纤维体预先铺放在模具型腔内,合模后通过设备用压力将树脂注入模腔,浸润纤维,固化成型,闭模操作,不污染环境,采用多模,多工位机械注射模式,生产效率高。需要树脂灌注设备及多套模具,适于中等至大批量生产方式,制品双面光,尺寸精度高,可做结构复杂零件及镶件。

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3、真空灌注/固化炉(Infusion)

在该工艺中,树脂在真空负压的作用下,被吸入型腔,浸润纤维,比手糊树脂用量可减少20%,可精确控制制品的含胶量,产品性能得到改善,如无气泡, 孔隙率降低,力学性能得到保证, 厚度均匀,重量轻等。均匀施压, 产品性能一致,加快积层速率,提高生产效率,特别适于制作底盘,顶板,门板,发罩等部件。产品在封闭状态下成型, 减少挥发物对人体的伤害,降低劳动量及劳动强度。 
 

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