2020碳纖維復(fù)合材料的現(xiàn)狀和未來
2020-09-21 11:01:52
經(jīng)緯數(shù)控
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碳纖維復(fù)合材料的性能和發(fā)展趨勢(shì)順應(yīng)了汽車工業(yè)的發(fā)展,特別是隨著新能源汽車的發(fā)展,碳纖維復(fù)合材料將越來越廣泛地應(yīng)用于汽車。在歐美國(guó)家,復(fù)合材料的數(shù)量約占全國(guó)總產(chǎn)量的1/3,主要用于汽車面板(兩門,四蓋),二次軸承零件,車身和其他零件,其數(shù)量逐年增加。經(jīng)緯科技提供一體化的復(fù)合材料行業(yè)智能裁切解決方案,對(duì)行業(yè)高度關(guān)注,給大家分享最新行業(yè)動(dòng)態(tài)。
碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用
碳纖維復(fù)合材料由于其獨(dú)特的強(qiáng)度和剛性,可以取代汽車用鋼的主軸承結(jié)構(gòu)。世界領(lǐng)先的汽車制造商都使用碳纖維復(fù)合材料零件制造模型。 2014年,寶馬I3和I8上市不僅開創(chuàng)了碳纖維復(fù)合材料大批量生產(chǎn)模式的新紀(jì)元。寶馬I3和I8作為零排放電動(dòng)車,它是由于采用碳纖維復(fù)合材料打造車身,使車輛僅1255千克,完美解決了車輛質(zhì)量大幅提升造成的在車輛質(zhì)量,車輛行駛控制問題上,創(chuàng)造了百公里7.2秒的加速時(shí)間。
隨著中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展,復(fù)合材料在我國(guó)汽車工業(yè)中的應(yīng)用取得了突破性進(jìn)展,汽車復(fù)合材料年消耗量約為10萬(wàn)噸,但主要用于玻璃鋼復(fù)合材料的非承載結(jié)構(gòu)。材料,汽車復(fù)合材料制造商一般較小。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料用于汽車車身結(jié)構(gòu)而非大型商用飛機(jī)和高性能汽車(如特斯拉,寶馬I3和I8)和F1主軸承力結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用表明,復(fù)合材料可以。目前,國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)已開始嘗試用碳纖維復(fù)合材料零件取代傳統(tǒng)的金屬零件。
國(guó)內(nèi)汽車制造商已經(jīng)開始研究和開發(fā)復(fù)合材料和制造企業(yè),開始復(fù)合材料零件的生產(chǎn)設(shè)計(jì)和開發(fā),并逐步開始為生產(chǎn)做好充分的準(zhǔn)備。由于承載能力的要求,需要車輛的復(fù)合部件(尤其是傳動(dòng)軸??等軸承部件)來設(shè)計(jì)材料和部件。近年來,航空復(fù)合材料在設(shè)計(jì),材料和制造方面充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),先后為汽車前艙蓋,行李箱蓋,尾部,重型汽車板簧,公交車葉片的汽車廠研發(fā)。彈簧,重型車輛傳動(dòng)軸,全復(fù)合軸承式總線體,全復(fù)合罐等產(chǎn)品,部分產(chǎn)品已通過測(cè)試。
國(guó)內(nèi)汽車復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及差距分析 “十一五”,“五”時(shí)期,國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)和科研單位共同開發(fā)了四代碳纖維復(fù)合材料模型電動(dòng)汽車。通過逆向工程設(shè)計(jì)技術(shù),二代碳纖維復(fù)合材料被用來取代現(xiàn)有的模型。驗(yàn)證了碳纖維復(fù)合材料的減重效果和碳纖維復(fù)合材料的組裝技術(shù)。通過前向設(shè)計(jì)驗(yàn)證了整個(gè)碳纖維復(fù)合材料主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。研究開發(fā)了第四代汽車用于碳纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)的工業(yè)應(yīng)用中積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),開辟了國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)合材料汽車應(yīng)用的起點(diǎn)。
在不久的將來,該機(jī)是國(guó)內(nèi)首家采用快速固化的預(yù)浸材料,采用快速成型技術(shù),真空輔助成型工藝制備軸承式全復(fù)合材料電動(dòng)車車身,其中集成制造,成本控制和制造效率等方面都取得了良好的效果。目前,碳纖維復(fù)合材料的研究是由國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠和備件供應(yīng)商進(jìn)行的。主要重點(diǎn)是零件重量輕,采用非連續(xù)纖維成型工藝,汽車零部件的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用。但是,由于缺乏自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備,連續(xù)纖維復(fù)合材料尚未形成生產(chǎn)水平,尤其是體量生產(chǎn)技術(shù)。雖然企業(yè)已經(jīng)推出了碳纖維復(fù)合材料車身電動(dòng)車,但零部件,車輛設(shè)計(jì),驗(yàn)證和生產(chǎn)技術(shù)以及自動(dòng)裝配技術(shù)和質(zhì)量控制仍在探索中,從碳纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用有一定的距離。
國(guó)內(nèi)輕質(zhì)汽車制造業(yè)用碳纖維復(fù)合材料剛剛起步,處于技術(shù)探索和積累的早期階段。航空復(fù)合材料已與中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司聯(lián)合成立“汽車先進(jìn)材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”,與北汽共同成立“汽車先進(jìn)材料技術(shù)中心”,旨在開發(fā)汽車復(fù)合材料零部件的研究,開發(fā)和工程應(yīng)用方面,與長(zhǎng)安汽車,比亞迪集團(tuán)還在合作開發(fā),開展新能源汽車復(fù)合材料零部件的研發(fā)。公司開發(fā)了一系列汽車零部件(復(fù)合板簧,傳動(dòng)軸,車輪等運(yùn)動(dòng)部件和發(fā)動(dòng)機(jī)罩,后備箱蓋,尾翼等面板)和第一個(gè)全復(fù)合材料客車車身。 2014年,飛機(jī)制造業(yè)承擔(dān)了國(guó)家“863”項(xiàng)目 - “CCF-3級(jí)碳纖維復(fù)合材料在運(yùn)輸和能源應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域”。主要材料系統(tǒng)是快速固化樹脂和預(yù)浸材料,這是快速成型和真空輔助成型(VARI)的主要技術(shù)。使用全復(fù)合材料可以大大提高高性能碳纖維復(fù)合材料的成本。復(fù)合材料的制造效率大大提高。 雖然近年來國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)合材料技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但與國(guó)外汽車復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用的差距,具體分析如下:
(1)需求牽引力。由于缺乏市場(chǎng)消費(fèi)力,政策支持尚未健全,汽車制造商不是從新能源汽車獲得高收益,嚴(yán)重制約生產(chǎn)積極性,投資資金開展新能源汽車,很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。在整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀中,新能源汽車應(yīng)用中的碳纖維復(fù)合材料也處于探索階段。
(2)碳纖維間隙。雖然近年來,中國(guó)的碳纖維產(chǎn)能迅速放大,但差距仍然存在。與國(guó)外相比,國(guó)內(nèi)生絲含雜質(zhì)含量高,質(zhì)量不穩(wěn)定,離散系數(shù)大,成本也需要進(jìn)一步降低。
(3)復(fù)合材料制造技術(shù)的差距。滿足快節(jié)奏的低成本制造相關(guān)材料和自動(dòng)化設(shè)備滯后。汽車工業(yè)的特點(diǎn)要求復(fù)合材料應(yīng)滿足性能要求,同時(shí)還要滿足快速,低成本的要求。目前,已有一些碳纖維材料,滿足低成本的要求,樹脂材料的快速制造和配套技術(shù)。并且,為快速制造一套數(shù)字化,智能化的技術(shù)和設(shè)備,確保汽車復(fù)合材料零部件的快速和準(zhǔn)確的制造。雖然國(guó)內(nèi)相關(guān)材料也在研發(fā)中,但尚未形成標(biāo)準(zhǔn)并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。
(4)設(shè)計(jì)開發(fā)和測(cè)試技術(shù)落后,容量不足。目前,復(fù)合材料的設(shè)計(jì)軟件來自國(guó)外,其中包括復(fù)合材料的設(shè)計(jì),工藝模擬和力學(xué)性能分析。由于對(duì)汽車復(fù)合材料的研究,不需要材料和技術(shù)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì),分析和模擬。結(jié)構(gòu)損壞模式和失效準(zhǔn)則難以確定。缺乏結(jié)構(gòu)測(cè)試方法,標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試設(shè)備。
(5)復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)尚未得到充分研究。需要進(jìn)一步推廣基于增值稅技術(shù)的維修材料和維修技術(shù)。
(6)回收技術(shù)尚不成熟,未形成完整的復(fù)合材料回收產(chǎn)業(yè)鏈。有必要盡快開展碳纖維復(fù)合材料回收技術(shù)的研究和開發(fā)。
國(guó)內(nèi)汽車復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù) 高性能復(fù)合材料在汽車中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,首先需要設(shè)計(jì)和構(gòu)建基于批量生產(chǎn)的復(fù)合材料汽車零部件制造系統(tǒng)解決方案。目前,無(wú)論是汽車OEM,汽車零部件企業(yè),還是復(fù)合零件制造企業(yè),都不能以大規(guī)模生產(chǎn)和低成本制造系統(tǒng)解決方案為基礎(chǔ)。構(gòu)建解決方案需要以下關(guān)鍵技術(shù):材料,設(shè)計(jì),制造集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù),低成本,快速固化材料(或低成本材料)技術(shù);低成本,自動(dòng)連續(xù)集成制造工藝技術(shù);產(chǎn)品(或組件級(jí))關(guān)鍵性能測(cè)試技術(shù);配套維修材料和維修技術(shù);復(fù)合材料回收和再循環(huán)技術(shù)。
國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)合材料在汽車制造業(yè)剛剛起步,也處于技術(shù)探索和積累的早期階段。因此,碳纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用不僅是必要的,而且也越來越迫切。從推廣新材料和其他戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看,國(guó)家對(duì)汽車工業(yè)和碳纖維材料工業(yè)的指導(dǎo)也具有更為深遠(yuǎn)的意義。碳纖維復(fù)合材料 - 這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用涉及許多學(xué)科,許多領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)問題,具有交叉性強(qiáng)的特點(diǎn),向國(guó)家開展全面的頂層設(shè)計(jì),分類管理,組織組合,集智能研究,Co建筑車輛企業(yè) - 碳纖維原料 - 復(fù)合材料制造企業(yè)的一系列關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建了批量生產(chǎn)復(fù)合材料汽車零部件制造系統(tǒng)的解決方案。逐步認(rèn)識(shí)到汽車行業(yè)對(duì)于復(fù)合材料不會(huì)從會(huì)議中使用,從簡(jiǎn)單到使用都有很好的改變。
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