碳纤维复合材料在汽车工业中的应用
碳纤维复合材料在汽车上的应用

碳纤维复合材料在汽车上的应用随着汽车工业的不断发展和技术的不断进步,碳纤维复合材料在汽车制造领域中的应用越来越广泛。
碳纤维复合材料以其优异的强度、轻量化特性和耐腐蚀性能,成为了汽车制造中的重要材料之一。
碳纤维复合材料在汽车上的应用可以实现汽车的轻量化。
传统的金属材料相比,碳纤维复合材料具有更高的比强度和比刚度,可以在减少重量的同时保持车辆的结构强度,提高汽车的燃油效率。
轻量化设计不仅可以减少燃油消耗,还可以减少排放,降低对环境的影响。
碳纤维复合材料具有优异的抗腐蚀性能,可以延长汽车的使用寿命。
在恶劣的环境条件下,传统金属材料容易受到腐蚀的影响,导致汽车零部件的损坏。
而碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能,可以有效地抵抗酸碱腐蚀,延长汽车零部件的使用寿命。
碳纤维复合材料还可以提高汽车的安全性能。
碳纤维复合材料具有良好的吸能性能,可以在碰撞事故中有效地吸收冲击能量,保护车辆内部乘客的安全。
与传统金属材料相比,碳纤维复合材料具有更好的吸能性能,可以减少碰撞事故对车辆和乘客造成的损害。
除此之外,碳纤维复合材料还可以提高汽车的外观设计和性能表现。
碳纤维复合材料具有高强度、高刚度和优异的外观质感,可以为汽车提供更加时尚、动感的外观设计。
同时,碳纤维复合材料的优异性能也可以提升汽车的加速性能、操控性能和稳定性能,提升驾驶体验。
碳纤维复合材料在汽车上的应用具有广阔的发展前景和重要意义。
通过在汽车制造中广泛应用碳纤维复合材料,可以实现汽车的轻量化、节能减排,提高汽车的安全性能和外观设计,为汽车工业的可持续发展做出贡献。
相信随着技术的不断进步和应用的不断扩大,碳纤维复合材料在汽车制造领域中的地位将会日益重要,为汽车行业带来更多的创新和发展机遇。
碳纤维复合材料的特点和应用

碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Composites)是一种由碳纤维和树脂(通常是环氧树脂)混合制成的高性能复合材料。
它具有许多独特的特点和广泛的应用领域:特点:高强度和轻质:碳纤维本身具有极高的强度和刚度,与其质量相比,它比许多金属更轻。
这使得碳纤维复合材料非常适合在需要高强度和轻质的应用中使用。
卓越的刚性:碳纤维复合材料具有卓越的刚性,可以在高强度负载下保持形状和结构稳定性。
抗腐蚀性:碳纤维不会腐蚀,这使得碳纤维复合材料在恶劣环境下具有耐久性。
设计自由度:制造碳纤维复合材料的过程可以根据设计要求进行定制,具有很高的灵活性,可用于各种形状和尺寸的零部件。
疲劳寿命:碳纤维复合材料通常具有良好的疲劳寿命,能够在循环负载下长时间保持性能。
电导率:碳纤维是导电的,这在一些应用中可以派上用场。
应用:航空航天领域:碳纤维复合材料广泛用于飞机和宇宙飞船的结构部件,以减轻飞机的重量,提高燃料效率,并增加飞行性能。
汽车工业:碳纤维复合材料在汽车制造中用于减轻汽车的重量,提高燃油效率和电池电动汽车的续航里程。
体育用品:用于制造高性能的自行车框架、高尔夫球杆、网球拍、滑雪板和其他体育用品,以提高强度和性能。
建筑业:在建筑结构中使用碳纤维复合材料以增强强度和耐久性,例如在桥梁、地震防护装置和建筑材料中。
能源行业:用于制造风力涡轮机叶片和油井钻具,以提高强度和耐久性。
医疗领域:用于制造医疗设备和假体,如人工心脏瓣膜、骨科植入物等。
体育和休闲:用于制造高性能自行车、高尔夫球杆、滑雪板、网球拍等体育器材。
船舶制造:在船体和船载设备中使用碳纤维复合材料,以降低船只重量并提高性能。
总之,碳纤维复合材料的高强度、轻质、刚性和耐久性使其成为多个领域的理想选择,尤其是需要高性能、低重量和高强度的应用。
在未来,随着技术的不断进步,碳纤维复合材料的应用领域还将不断扩大。
汽车新型材料

汽车新型材料随着汽车工业的发展,对汽车材料的要求也越来越高。
传统的金属材料在汽车制造中占据主导地位,但随着科技的进步,新型材料的应用逐渐成为汽车制造的新趋势。
新型材料的应用不仅可以减轻汽车自身重量,提高燃油效率,还可以提高汽车的安全性能和舒适性。
本文将介绍几种目前在汽车制造中逐渐得到应用的新型材料。
首先,碳纤维复合材料是一种重量轻、强度高的新型材料,被广泛应用于汽车制造中。
它的密度只有钢铁的四分之一,却具有更高的强度和刚度,因此可以大幅减轻汽车的自重。
同时,碳纤维复合材料还具有优异的抗腐蚀性能和疲劳寿命,能够有效延长汽车的使用寿命。
目前,越来越多的汽车制造商开始将碳纤维复合材料应用于汽车车身、底盘等部位,以提高汽车的整体性能。
其次,铝合金材料也是一种被广泛应用于汽车制造的新型材料。
相比于传统的钢铁材料,铝合金材料具有更轻的重量和更高的强度,能够有效减轻汽车的自重,提高燃油效率。
此外,铝合金材料还具有良好的导热性能和抗腐蚀性能,能够提高汽车的散热效果和延长使用寿命。
目前,许多汽车制造商已经开始将铝合金材料应用于汽车发动机、车轮等部位,以提高汽车的整体性能和经济性。
另外,塑料复合材料也是一种在汽车制造中得到广泛应用的新型材料。
塑料复合材料具有重量轻、成型性好、抗腐蚀等优点,能够有效减轻汽车的自重,提高燃油效率。
与此同时,塑料复合材料还具有良好的吸音性能和冲击吸能性能,能够提高汽车的舒适性和安全性。
目前,许多汽车制造商已经开始将塑料复合材料应用于汽车车身、内饰等部位,以提高汽车的整体性能和舒适性。
综上所述,新型材料的应用已经成为汽车制造的新趋势。
碳纤维复合材料、铝合金材料和塑料复合材料等新型材料的应用,不仅可以减轻汽车的自重,提高燃油效率,还可以提高汽车的安全性能和舒适性。
随着科技的不断进步,相信新型材料在汽车制造中的应用将会越来越广泛,为汽车工业的发展带来新的动力和活力。
cfrp成型技术在汽车轻量化中的应用-概述说明以及解释

cfrp成型技术在汽车轻量化中的应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述碳纤维增强塑料(CFRP)作为一种轻质高强度复合材料,在汽车轻量化领域发挥着重要作用。
随着汽车工业的迅速发展和对环保、节能的需求日益增长,CFRP材料正逐渐成为汽车制造业的热门选择。
本文将重点探讨CFRP成型技术在汽车轻量化中的应用,通过对其基本原理、优势以及具体应用进行研究和分析,旨在为读者提供更深入的了解和认识。
随着技术的不断进步和应用的不断拓展,CFRP在汽车制造中的地位将不断提升,为汽车行业的可持续发展注入新的活力。
文章结构如下:1. 引言:1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文:2.1 CFRP成型技术的基本原理2.2 CFRP在汽车轻量化中的优势2.3 CFRP成型技术在汽车制造中的具体应用3. 结论:3.1 总结3.2 展望3.3 结论每个部分将详细探讨CFRP成型技术在汽车轻量化中的应用,并对其基本原理、优势以及具体应用进行深入分析和讨论。
最后总结文章内容,并展望CFRP成型技术在未来的发展趋势和应用前景。
1.3 目的本文旨在探讨CFRP成型技术在汽车轻量化领域的应用,分析其基本原理、优势以及具体应用情况。
通过对CFRP在汽车制造中的应用进行深入研究,旨在为汽车制造企业提供更多关于轻量化技术的参考,促进汽车制造业的发展和创新。
同时,通过本文的撰写,也旨在普及和推广CFRP 成型技术在汽车行业的应用,引领汽车制造业向更加节能环保和高效的方向发展。
2.正文2.1 CFRP成型技术的基本原理碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种由碳纤维和树脂共同构成的高强度、轻质材料。
CFRP成型技术是指将碳纤维和树脂进行特定的配置和加工,以制造出具有特定形状和性能的零部件和构件。
其基本原理包括以下几个关键步骤:1. 碳纤维预处理:首先对碳纤维进行表面处理,以增强其与树脂的粘接性和机械性能。
通常采用的预处理方法包括表面氧化、涂覆树脂等。
复合材料在汽车中的应用

复合材料在汽车中的应用
随着汽车工业的发展,复合材料在汽车制造中的应用越来越广泛。
复合材料的优点在于其轻质、高强度、耐腐蚀性强、抗疲劳性好等诸多方面,使得它在汽车设计中成为了不可或缺的材料。
复合材料可以用于汽车车身、内饰、底盘、发动机等部件。
其中,碳纤维复合材料在汽车轻量化方面有着突出的表现,通过使用碳纤维复合材料制造汽车的车身和底盘,可以大幅度降低汽车的重量,从而提高燃油效率和行驶性能。
同时,使用碳纤维复合材料还可以提高汽车的安全性能,因为碳纤维的强度和刚性比钢铁高出很多,能够更好地吸收碰撞力和保护车内乘客。
除了碳纤维复合材料,玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料等也被广泛应用于汽车制造中。
例如,玻璃纤维复合材料可以用于汽车内饰、仪表板、门板等部件的制造,具有防火、抗腐蚀等优点;芳纶纤维复合材料可以用于汽车制动系统和发动机盖等高温部件的制造,具有耐高温、抗冲击等优点。
总之,复合材料在汽车制造中的应用越来越广泛,并且未来还有很大的发展空间。
汽车制造商将继续利用复合材料的优良特性来提高汽车的性能和安全性,以适应消费者对更加环保和高效的汽车产品的需求。
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碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用研究

碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用研究碳纤维复合材料一直以来在航空航天、运动器材等领域有着广泛的应用,而随着新能源汽车的快速发展,碳纤维复合材料作为一种轻量化材料也逐渐开始在新能源汽车领域得到应用。
汽车轻量化是新能源汽车发展的重要方向之一,而碳纤维复合材料因其优异的性能特点,在新能源汽车中的应用前景备受关注。
通过对碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用进行深入研究,可以更好地探索其在汽车轻量化、节能减排等方面的作用,为新能源汽车行业的发展提供有力支持。
一、新能源汽车发展现状及碳纤维复合材料的应用需求新能源汽车是指采用非传统燃料作为动力的汽车,主要包括纯电动汽车、插电混合动力汽车和燃料电池汽车等。
随着环境污染日益加重和传统能源资源的逐渐枯竭,新能源汽车作为替代传统燃油汽车的环保选择,得到了各国相关部门和汽车制造商的高度重视。
在新能源汽车的发展过程中,轻量化技术被认为是提高能源利用率、增加续航里程、减少能耗排放的有效途径之一。
而碳纤维复合材料作为一种轻量化材料,具有高比强度、高模量、优异的耐腐蚀性和疲劳性能等优点,能够有效减轻汽车自重,提高汽车整体性能。
二、碳纤维复合材料在新能源汽车车身结构中的应用1.碳纤维复合材料在车身结构中的应用优势新能源汽车的车身结构对车辆的性能和安全性具有至关重要的影响,而传统的金属车身结构存在着重量较重、成本较高、制造复杂等问题。
碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成,具有轻质高强的特点,可以替代部分传统金属材料,有效降低车身自重,提高车辆整体性能。
此外,碳纤维复合材料还具有优异的抗腐蚀性和疲劳性能,延长了车身使用寿命,降低了维护成本。
2.碳纤维复合材料在车身结构中的具体应用在新能源汽车车身结构中,碳纤维复合材料通常应用于车身前部的防撞梁、车顶、车门、车盖等部位。
通过在这些部位使用碳纤维复合材料,可以有效减轻车身自重,提高车辆的燃油经济性和续航里程,同时还能提高车身的抗撞击性能和安全性。
复合材料在汽车行业的应用研究

复合材料在汽车行业的应用研究在当今汽车工业的快速发展中,复合材料凭借其独特的性能优势,逐渐成为汽车制造领域的重要材料。
复合材料不仅能够减轻车辆重量、提高燃油效率,还能增强汽车的安全性和耐久性。
本文将对复合材料在汽车行业的应用进行深入研究。
一、复合材料的特点与分类复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组合而成的一种多相固体材料。
其特点主要包括高强度、高刚度、低密度、良好的耐腐蚀性和抗疲劳性能等。
常见的复合材料在汽车行业的应用主要有纤维增强复合材料和聚合物基复合材料。
纤维增强复合材料如碳纤维增强复合材料(CFRP)和玻璃纤维增强复合材料(GFRP),具有优异的力学性能。
聚合物基复合材料则以其良好的成型性能和成本优势,在汽车内饰和非结构部件中得到广泛应用。
二、复合材料在汽车车身结构中的应用汽车车身是复合材料应用的重要领域之一。
采用复合材料制造车身结构,可以显著减轻车身重量,从而提高燃油经济性和降低尾气排放。
例如,一些高端汽车品牌已经开始使用碳纤维增强复合材料来制造车身框架和覆盖件。
碳纤维的高强度和低重量特性,使得汽车在保持结构强度的同时,大幅降低了整车重量。
此外,玻璃纤维增强复合材料也常用于车身部件的制造,如保险杠、车门和引擎盖等。
这些部件在碰撞时能够吸收能量,提高汽车的被动安全性。
三、复合材料在汽车动力系统中的应用在汽车动力系统中,复合材料也发挥着重要作用。
例如,复合材料可以用于制造发动机缸体、缸盖和曲轴等部件。
这些部件需要具备高强度、耐高温和良好的耐磨性,而复合材料的性能能够满足这些要求。
同时,复合材料还可以用于制造涡轮增压器叶片和排气管等部件。
由于其良好的耐热性和耐腐蚀性,能够延长部件的使用寿命,提高动力系统的可靠性。
四、复合材料在汽车内饰中的应用汽车内饰对于舒适性和美观性有着较高的要求,复合材料在这方面也有着出色的表现。
聚合物基复合材料可以制成各种形状和颜色的内饰部件,如仪表板、座椅靠背和中控台等。
新型材料在汽车制造中的应用

新型材料在汽车制造中的应用近年来,随着科技的不断发展,越来越多的新型材料开始应用于汽车制造领域。
这些新型材料在提高汽车性能的同时,还能够降低车身重量,节能减排,成为了汽车工业发展的重要推动力。
一、碳纤维复合材料碳纤维复合材料是一种由碳纤维和树脂黏合剂构成的高性能材料。
它的特点是轻质、高强度、高刚度、耐腐蚀、耐高温等。
因此,碳纤维复合材料逐渐应用于制造汽车车身、车顶、车门等重要部件,可以有效降低车身重量,并提高汽车的性能和燃油效率。
二、镁合金镁合金是一种轻量化材料,具有密度低、强度高、刚度高等优点。
在汽车制造中,镁合金被广泛应用于轮圈、引擎零部件、悬架系统等部件。
镁合金的使用可以降低汽车整体重量,提高行驶性能和燃油效率,同时对环境也具有一定的保护作用。
三、高强铝合金高强铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀等优点,被广泛应用于汽车制造中。
高强铝合金制造的汽车零部件,如车门、车窗、车顶等,可以有效降低车身重量,提高汽车性能和燃油效率。
在汽车工业发展中,高强铝合金的应用已成为重要趋势之一。
四、镍氢电池镍氢电池是一种高性能的电池,在汽车制造中被广泛应用于混合动力车、电动车等新能源汽车中。
与传统的铅酸电池相比,镍氢电池具有电能密度更高、充电时间更短、循环寿命更长等优点。
随着环保意识的不断提升,镍氢电池将成为新能源汽车发展的重要驱动力。
五、石墨烯石墨烯是一种由碳原子构成的单层晶体,具有高强度、高导电性、高热导性等技术特点。
近年来,石墨烯在汽车制造中已得到广泛应用。
石墨烯可以有效提高车轮胎子内的热导率和导电性能,使汽车制动更加灵敏和更好地适应高速行驶等复杂路况。
六、纳米涂层技术纳米涂层技术是一种新兴的汽车制造技术,它将纳米级材料涂覆在汽车表面上,以提高汽车的耐磨性、耐腐蚀性和耐热性等性能。
纳米涂层技术可以大大提高汽车的使用寿命,降低维修成本,同时还可以提高汽车的节能减排能力。
结论在汽车工业的发展过程中,新型材料的应用已经成为趋势之一。
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《能源工程材料》课外拓展阅读报告《碳纤维复合材料在汽车工业中的应用》姓名:XX指导教师:XX学号:XXXXXXXX专业班级:XXXXXXXX2016年6月碳纤维复合材料在汽车工业中的应用摘要:节能减排是当前汽车工业可持续发展迫切需要解决的问题,采用碳纤维复合材料等轻质材料使汽车轻量化是一个有效的解决办法。
介绍了碳纤维复合材料的性能特点和在汽车上的应用现状,从材料、设计和成型工艺3个方面分析了其在国内汽车工业应用中的问题,提出了促进碳纤维复合材料广泛应用的发展建议,并展望了其在汽车工业中的应用前景。
进入21世纪以来,能源危机日趋严重,世界各国的排放法规日益严格,如何在保证安全性和动力性的前提下降低油耗和减少排放是目前汽车工业迫切需要解决的问题。
采用各种轻质材料取代金属等传统材料,使汽车轻量化是实现节能减排的重要途径。
碳纤维复合材料凭借轻质、高强度、高刚度、抗振性能好、抗疲劳、耐腐蚀等众多优点[1]越来越受到汽车工业的重视,在汽车中的应用也越来越多。
碳纤维及其复合材料是支撑国家高科技产业发展的关键材料,经过40多年的积累与发展,我国碳纤维及其复合材料研发拥有众多突破性进展,但在汽车领域的应用还远落后于航空航天和其他工业领域[2]。
因此有必要分析碳纤维复合材料在我国汽车工业应用中存在的问题,提出合理的发展对策,以适应汽车工业对材料发展的迫切需求。
1.碳纤维复合材料的性能特点和使用优势与金属材料相比,碳纤维复合材料具有许多优良性能,应用于汽车上有明显的优势,主要表现在:1)密度小,强度高,CFRP在常用材料中比强度和比模量最高,用于车身及底盘能在减轻车重的同时不损失强度或刚度,汽车安全系数不降低。
2)韧性好,具有良好的抗冲击性和能量吸收能力,用于车身及其结构件具有良好的碰撞安全性。
3)阻尼高,抗振性能好,用于车身、传动系统及发动机部件具有良好的减振、隔音效果,提高了乘坐舒适性。
4)抗疲劳性能极佳,用于承受疲劳载荷的汽车零部件能有效延长其使用寿命。
5)优秀的耐热性、抗腐蚀与抗辐射性能,在电动汽车和其他新能源汽车领域应用具有很强的竞争力。
6)成型工艺多,可设计性好,易于实现零部件一体化生产,极大缩短开发周期,节约成本。
2.碳纤维复合材料在汽车上的应用碳纤维复合材料用于汽车部件上不仅可以实现汽车轻量化,而且在安全性与乘用舒适性等方面也有很大提高,因此越来越受到汽车工业的重视,很多汽车制造商生产的高档、豪华轿车(如通用、宝马、大众、奔驰、福特、奥迪、本田、日产等)几乎都开始试用或已经采用了各种碳纤维复合材料。
1)碳纤维复合材料应用于汽车车身、底盘及承力部件,在保证安全性的同时具有十分明显的减重效果。
在各种材料制造的车身中碳纤维复合材料是最轻的,尤其是与钢制车身相比,轻量化效果达53%以上。
美国通用汽车公司1992年展出了由碳纤维复合材料制造车身的超轻概念车,车身质量为 kg,整车质量降低68%,节油40%。
兰博基尼汽车2011年推出了Mucilage替代车型,该车采用了全碳纤维复合材料单壳体车身,质量仅有kg。
目前,碳纤维复合材料制成的车身结构件已在德国宝马公司开发的Z-9和Z-22系列中大量采用。
德国大众汽车公司的“2L车”CC1 研究项目,碳纤维复合材料用于车身的比例高达45%。
通用汽车公司采用碳纤维复合材料制成的Chevrolet Corvette Z06纪念版轿车的发动机罩盖,质量仅kg。
福特和保时捷的发动机罩也全部采用了碳纤维复合材料,在安全性不降低的前提下获得了极高的轻量化效果。
2003年,戴姆勒克莱斯勒公司研制的Dodge Viper跑车采用了碳纤维复合材料制造的挡板支架系统,每个支架质量仅 kg,4个复合部件总重 kg,与金属挡板支架系统相比,质量减轻了 18 kg,刚度提高了22%。
此外,作为轻质高强材料,碳纤维复合材料也可应用在高强度承力结构件上,如碳纤维承重架、减振弹簧叶片等。
用碳纤维复合材料制造的板簧仅重14 kg,比钢制的轻 76%。
根据世界铝业协会的报告,汽车质量每减少10%,油耗可降低6%~8%,排放减少5%~6%,每降低消耗1 L燃油,将减少 kg的CO2排放量,可见在汽车上使用碳纤维复合材料,提高燃油经济性,节能环保的作用非常明显。
1)碳纤维复合材料振动衰减系数大,吸振能力强,用于传动系统和发动机部件,不仅能减轻车的质量,还可以减少振动、降低噪声,从而增加乘坐舒适度。
奥迪Quattro系列、日本尼桑GTR和 Fairladyz车型、阿斯顿·马丁V8 Vantage Coupe车型和Mazda RX-8车型上已大量使用了碳纤维复合材料制造的传动轴。
基于碳纤维复合材料在可靠性、耐久性和强度等方面的优点,日本近年开始在制造汽车涡轮增压器压气机叶轮时用其替代铝合金,将叶轮质量降低48%,从而使转子惯量降低,加速性能提高,极大缩短涡轮增压器的响应滞后,对碳纤维进行表面处理,大幅提高了碳纤维复合材料的强度,为在发动机中应用碳纤维复合材料提供了很好的借鉴。
2)与金属材料相比,采用碳纤维复合材料制造车身可以省去复杂的金属模具、冲压、焊接及喷涂投资,综合生产成本要降低很多。
根据MSL的研究成果,在一定产量之内的汽车(低于2万辆),使用树脂传递模塑成型(RTM)生产的碳纤维复合材料车身比金属工艺的车身综合成本低,说明了小批量生产时碳纤维复合材料用于车身的经济优势,因此其在未来环保车型的开发中具有较强的竞争力和良好的社会效益。
不同生产批量情况下各种材料车身生产成本对比3.碳纤维复合材料在我国汽车工业应用中存在的问题经过40多年的研究和发展,我国已基本具备设计、制造碳纤维复合材料制品的能力和条件。
但与金属材料相比,碳纤维复合材料在设计、选材及制造工艺等方面均缺乏经验和数据积累,未能形成规模化生产。
碳纤维复合材料在汽车工业的应用不仅落后于欧美和日本,也远落后于我国航空航天和其他工业领域。
材料目前我国车用碳纤维复合材料存在的问题主要有:一是国产碳纤维基础研究工作薄弱造成原丝质量不高、性能不稳定、产品规格和品种少、价格高、难以进行表面处理,目前还无法大批量生产。
二是树脂基体的性能和质量不高、产品系列不全,产业规模较小。
三是碳纤维的高价格、低产量和树脂基体的小规模生产导致了碳纤维复合材料的价格比较高,从而部件制品的成本也较高。
四是连接困难。
碳纤维复合材料与金属部件的连接以及碳纤维复合材料部件间的连接,可以用机械连接、黏接或者两者并用。
仅靠黏接很难满足功能件的连接需求,采用机械连接(螺栓连接或铆接)又会影响制品的强度。
五是回收利用难。
目前国外有很多碳纤维复合材料的回收利用技术,如粉碎回填法、焚烧能量回收法和纤维分离法等,但在我国还没有大规模回收利用的成熟案例。
设计材料和结构是碳纤维复合材料同时具有的特性,是材料与结构的“复合体”,这在宏观、微观、细观等多种尺度水平上增加了设计自由度,并且其材料成型与结构成型是同时完成的。
设计包括计算分析、试验验证等是碳纤维复合材料技术中非常重要的方面 32211 123456 13之一,国外碳纤维复合材料汽车设计已走向规范化和成熟化,但国内在这方面差距很大。
目前,国内缺乏专有的设计分析软件和材料性能数据库,也缺少设计经验和相关的设计标准。
部分汽车承力部件采用碳纤维复合材料需要借鉴国外汽车的设计规范,针对不同工况载荷进行应力分析和碳纤维复合材料铺层设计,才能充分发挥碳纤维复合材料轻质高强的特性。
成型工艺汽车生产具有量大面广的特点,对成本和生产效率的要求很高。
据知,复合材料制件的总成本中,材料成本只占20%左右,制造成本占了 70%~80%。
虽然现有的复合材料工艺原则上均可用到汽车工业,但考虑到成本和效率因素,对于车用碳纤维复合材料应着重发展低成本快速成型方法(如RTM、罐外热压成型、纤维缠绕成型和拉挤成型等)。
国内复合材料低成本成型技术发展起步较晚,技术水平较低,产品品种和产业规模均有待提高。
对于某些关键成型技术(如RTM及高压RTM、罐外热压成型等高效成型工艺),我国与欧美等发达国家和地区相比还有一定差距。
4.促进碳纤维复合材料在汽车上广泛应用的对策碳纤维复合材料应用于汽车工业的前景十分广阔,为促进其在我国汽车工业的广泛应用,提出以下发展建议。
首先,以提高碳纤维原丝质量、降低价格为目标,集中科研力量进行技术和质量攻关,在引进消化吸收国外先进技术的同时,强化碳纤维的自主研发能力,克服壁垒,努力将碳纤维价格由 14~30美元/kg降到10美元/kg左右,为制造高性能低成本的碳纤维复合材料提供原料支持。
其次,建立以科研院所技术力量为支持、企业积极参与的碳纤维和树脂基体研发基地,根据市场需求进行品种开发,形成碳纤维和树脂基体的产品系列,扩大生产规模,与车用碳纤维复合材料制造形成产业链,以满足汽车工业大规模的产品需要。
第三,低成本的核心是低成本的制造技术,要加快发展高效低成本的碳纤维复合材料整体化成型技术,包括RTM及高压RTM、罐外热压成型、拉挤成型、纤维缠绕成型等;同时大力发展碳纤维复合材料机械化及自动化制造技术,对相关设备进行更新改造和引进,形成规模化生产能力,以满足汽车工业低成本的生产要求。
第四,加强碳纤维复合材料设计领域的技术建设,学习和借鉴国外先进的设计经验,研究车用碳纤维复合材料结构优化设计的新概念、新方法,发展或引进相关的设计分析软件,建立碳纤维复合材料性能数据库,建立和完善相关的设计标准和规范,发展将先进的计算机模拟方法与数据库技术相结合的智能化设计和验证系统,为碳纤维复合材料在汽车上的应用提供技术支撑。
第五,扩大对碳纤维复合材料的投入领域,碳纤维及其复合材料是多学科和多技术集成的高新技术产品,开发其在汽车工业的应用需要汽车工业和材料工业共同的合作与投入。
鉴于碳纤维复合材料的优良性能,今后在汽车工业的应用必将持续增长,国家要发挥总体规划领导和集中调控作用,建立科研机构、原材料制造商、成型加工商、最终产品制造商的协作,共同推进碳纤维复合材料在汽车工业的应用。
5.结语为实现节能减排的目标,使用碳纤维复合材料等轻质材料使汽车轻量化已成为汽车工业的共识。
尤其是在车身覆盖件、结构件上应用碳纤维复合材料,可使车质量降低超过30%。
正是由于碳纤维复合材料的优良性能和轻量化对汽车工业的深刻影响,随着碳纤维价格的不断降低和应用技术的发展成熟,碳纤维复合材料等轻质材料将会逐渐取代金属材料,成为车用材料的主力军。
参考文献[1]杨小平,黄智彬,张志勇,等. 实现节能减排的碳纤维复合材料应用进展[J]. 材料导报,2010,24(2):1-5, 10[2]竺铝涛. 汽车用碳纤维复合材料加工成型工艺研究进展[J]. 石油化工技术与经济,2013,29(1):59-62.[3]曹永友,李青青,王强.碳纤维增强复合材料在汽车上应用的新进展[J].汽车工艺与材料,2008(10):54-57.。