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碳纤维增强树脂基复合材料 从飞机到汽车

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017/11/29     浏览次数:    
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)已被广泛用于飞机及高尔夫球杆等产品,目前其主流是利用热固化性环氧树脂来增强碳纤维的热固化性CFRP,不过也有采用聚酰胺(PA)及聚丙烯(PP)等热可塑性树脂的热可塑性CFRP。
热可塑性树脂具有树脂价格便宜且生产效率高的特点。热固化性CFRP的代表性成型方法之一是RTM(Resin Transfer Molding,树脂传递成型)法,这种方法的节拍时间最短也要几分钟。而对于热可塑性CFRP的片材,只要事先预热,用1分钟左右的节拍时间即可冲压成型。由于汽车组装工厂的节拍时间约为1分钟,因此使用热可塑性CFRP可实现同步生产。
虽然用于热可塑性CFRP成型的大型冲压机及射出成型机要比使用RTM法的成型机贵,但其生产效率更高,因此,量产规模越大则成本方面的优势越突出。也就是说,热可塑性CFRP技术不仅可用于超级跑车等部分高档车,而且还可用于大量生产车型。但该技术目前仍存在课题,那就是难以提高尺寸精度。
CFRP的特点是单位质量的强度及刚性都很高。日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)正在估算采用CFRP之后汽车的减重效果。采用钢材做主要结构件的车辆的重量达到1380kg,通过大量使用CFRP可使车重减轻410kg(约30%)。估计可使燃耗改善22.5%。
在全球燃耗限制越来越严格的背景下,燃耗改善22.5%对汽车厂商来说非常有吸引力。宝马i3的车重为1260kg,虽是一款通常会因配备充电电池等而增重的纯电动汽车,但仍比普通发动机车(约1400kg)轻140kg左右。宝马i3采用了很多轻量化技术,但效果最大的是在骨架上采用CFRP。
CFRP的采用还颠覆了汽车制造流程。碳纤维是经过作为中间基材的多层板、预成型坯工序后,运到宝马的兰茨胡特(Landshut)工厂和莱比锡(Leipzig)工厂,利用RTM(Resin Transfer Molding)法制成部件的。RTM是将按照产品形状预成型的碳纤维预成型坯放到加热的模具上,然后在关闭模具的同时填充环氧树脂,使其固化的一种成型方法。
接下来就是将这些碳纤维部件粘合起来,组装成骨架。普通的车身组装以点焊为主,而采用CFRP骨架则完全不需要焊接。这意味着,车身组装生产线的基本构成从根本上被改变了。
使用的粘合剂是新开发的固化速度很快的产品。搬运部件、涂粘合剂、粘合及组装等工作由车体生产设备上大量配置的机器人全自动完成。
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