CFRP电池箱,悬架转向节和亚麻/生物环氧后座

原型CFRP电池盒电动汽车制造商蔚来CFRP悬架转向节由马瑞利公司开发的亚麻纤维增强的生物基环氧后座面板Ecoxy Consortium.。图片来源:SGL碳,牵牛星,夫琅和费ICT

复合材料经常在摩托车和较低容量,高端/豪华车辆中使用,通常涉及连续碳纤维材料。两段的增长仍在继续。

2021年丰田锡耶纳第三排座椅由玻璃纤维/PA6复合材料制成

2021丰田黄土三排座椅靠背更换了15个钢部件,重量减轻(-30%)和成本(-15%),并使用超细35%玻璃纤维增​​强PA6注塑成型。照片信用:巴斯夫

Mubea复合张力板簧

Mubea复合张力板簧取代钢板弹簧,重量减少75%。图片来源:“牵牛星”

对于成本更敏感的中量产车型市场,复合材料通过连续玻璃纤维增强聚合物(GFRP)在钢板弹簧等应用,以及短切纤维成型化合物,包括SMC车身板和车架,继续稳定、增量增长。BMC外壳和支撑结构以及注塑成型的热塑性塑料,用于保险杠框架,升降门和座椅结构。

一个展示碳纤维和玻璃纤维复合材料都是2020罗维,它在车身板和框架中的复合材料,结构底层封闭,地板,前后树干,射线管,后侧包围框架,舱壁(中窗框),后部干燥和弯曲的保险杠梁(参见在下面的“CFRP趋势”中的拉挤型。

根据一项2019年11月的StratView研究报告,汽车中复合材料的顶部应用是在容积,引擎盖下的组件,外部和室内设计的顺序。另一个不断增长的市场是悬架部件和驱动轴。除了叶子弹簧外,实例还包括:

对于外部,超轻量级SMC继续其直径低于1.0克/厘米厘米(G / CC),碳纤维也在越来越磨损Polynt Composites.(Scanzorosciate、意大利),Aliancys.(Schaffhausen,瑞士)和CSP Victor(中国丹山)在过去几年中添加了新的SMC生产线,所有这些都具有制造碳纤维SMC的能力。Polynt还将Polynt-Recarbon再生纤维SMC引入其产品产品,以及分别具有单向和织物增强剂的Udcarbon和Txtcarbon化合物。这些产品的潜力可以在完成的前端开发项目中看到麦格纳国际(Aurora,安大略省,加拿大)和福特电机有限公司采用局部增强和共模切碎的碳纤维SMC,其用碳纤维0度/ 90度非压接织物(NCF)制成的SMC斑块。该SMC结构子框架必须处理有效的负载,支撑发动机和底盘部件,包括转向齿轮和保持车轮的下控制臂。虽然只有开发部分,但达到82%的零件减少,用两个压缩模制复合部件和六个超模块不锈钢插入物代替54个压印钢部件,而切削重量为34%。

全球政府宣布的车辆电气化目标表

选择国家政府宣布的车辆电气化目标,从表1中获取,“通过2019年全球转型到电动汽车的更新“由国际清洁交通委员会(ICCT),7月20日。

汽车复合材料的另一个驱动力是到2050年实现零排放的全球努力,这将增加电动汽车(ev)的开发和生产。2020年9月,加州宣布了这项计划将需要到2035年,所有在州销售的新乘用车和卡车都要实现零排放。与此同时,欧盟提出了2030年的新车排放目标2 排放量将从37.5%上升至2021年水平的50%。茱莉亚·阿特伍德,高级材料主管彭博堡他在IACMI 2020年秋季成员会议上表示,到2025年,电动汽车的平均价格预计将低于内燃机(ICE)汽车。她预测,到2037年,全球电动汽车销量将超过ICE汽车,到2050年将达到每年5000万辆。

碳纤维

    碳纤维在汽车领域的应用市场持续增长。复合材料预测和咨询公司(Composites Forecasts and Consulting LLC)的克里斯·雷德(Chris Red)估计,碳纤维每年的产量为7000公吨,预计到2025年将达到11000公吨。,美国)CW.2017年的碳纤维大会。然而,到2019年,这一市场已达到近1.5万吨,据Tony Roberts (AJR咨询公司,Southfield,密歇根州。,美国)CW.预计到2025年将达到近2.3万吨。

    CarbonPro拾取盒

    CarbonPro小盒子。图片来源:通用汽车公司

    这个行业的第一个碳纤维综合拾取箱于2018年通过通用电机(GM,底特律,MICH。,U.S)于2017年亮相。的CarbonPro.小盒,是2019年GMC的一个选项塞勒,是由帝人汽车(东京,日本),其获得大陆结构塑料(CSP,Auburn Hills,Mich。,美国,美国)于2017年。CSP拥有多年的经验,为本田制造复合盒和丰田塔科马卡车,均由短切玻璃纤维片模复合(SMC)。为CarbonPro.在美国,它选择了直接长纤维热塑性塑料(D-LFT)作为侧壁和床头板,而短纤维化合物用于备胎托盘,均采用玻璃纤维和聚丙烯(PP)注塑成型。2019 GMC CarbonProbox还采用了Teijin的Sereebo热塑性复合材料制造工艺,将20毫米长的碳纤维与尼龙6相结合,压缩成型的部分周期为60-80秒。

    汽车复合材料的趋势

    光电工程热塑性塑料复模热固性复合材料

    宝马的一部分I3寿命模块地板在展示中展示OPTO-Light项目采用热固性预浸料压缩成型和热塑性过度成型。图片来源:亚琛工业大学AZL。

    在连续纤维复合材料中使用热塑性塑料是一个日益增长的趋势,这得益于诸如过度模塑等工艺,即在热塑性基体中由编织或单向纤维制成的坯料,称为有机板材压缩成型为3D形状,增强塑料注射成型的顶部和周围形成复杂的几何肋,凸台,插入和连接点。正在开发或生产的部件包括座椅靠背、座椅靠背、安全气囊、A、B支柱、门横梁、保险杠横梁和大型地板部件。

    另一种趋势是使用单向(UD)胶带与编织或NCF增强件相比减少废物。因为可以精确地切割和放置带材,所以生产的废料很少,并且可以更精确地对准纤维以匹配负载。例子包括CFRP用于奥迪的后墙A8豪华轿车采用全自动,行业4.0生产线voith复合材料(来自德国)。与之前组装的多个焊接铝件相比,它提供了驱动单元33%的扭转刚度,同时减少了50%的重量。

    拉挤成形是另一个生长过程。2018年,L&L产品使用聚氨酯树脂和玻璃,碳或混合纤维增强器,用于汽车应用,如侧部门槛和碰撞结构,推出其连续复合系统(CCS)浆料。旨在取代需要舱壁的传统金属结构,以便进行必要的刚度,CCS Pultringions以75%的质量少于钢,以经济价格低于铝的30%。

    拉挤碳纤维保险杠梁

    Scott Bader的Crestapol树脂被用于为2020款雪佛兰汽车生产弯曲、多空心拉挤碳纤维保险杠罗维黄貂鱼。照片信用:斯科特糟糕

    2020雪佛兰罗维黄貂鱼具有汽车行业的第一个弯曲,多空心拉挤碳纤维保险杠梁。它是由Shape公司生产的。,美国)使用斯科特·贝德(英国北安普敦郡)Crestapol氨基甲酸酯和丙烯酸树脂Thomas Technik和Innovation的(TTI, Bremervoerde,德国)Radius-Pultrusion系统。拉挤再次在前面和中心Mai Skelett项目,哪种热成型和超模碳纤维热塑性塑料用两步75秒的过程拉出一辆宝马样车I3屋顶结构成员。该部件超越了以往所有版本的要求,集成了附件夹,并将碰撞行为从脆性破坏模式改变为延性破坏模式,从而提高白车身(BIW)的剩余强度。

    金属复合混合动力车是一种趋势,只能在需要控制生产成本的同时提供额外的加固的能力。例子包括:

    奥迪RS5屋顶弓演示

    奥迪的生活费由3D缠绕碳纤维/环氧树脂围绕3D打印聚合物芯制成的屋顶弓演示。图片来源:CIKONI

    3 d绕组该公司使用机器人缠绕碳纤维(通常是用室温固化环氧树脂浸湿),环绕3d打印的核心、金属紧固件或其他锚固结构。Cikoni.(斯图加特,德国)和奥迪(Ingolstadt,德国)展示了奥迪rs5轿跑车屋顶弓使用用碳纤维/环氧树脂包裹的3D印刷的聚合物芯。“我们可以消除工具,降低废料成本,使用最小的碳纤维和树脂,并将光纤精确地放置在其需要的地方,直接从单向的非自驾游层中占用梭芯,”Cikoni联合创始人Farbod Nezami解释说明。

    超轻型座椅采用碳纤维和XFK在3D绕组过程中制造

    ULBS项目的大部分减轻了来自AMC的碳纤维绕组过程技术XFK在3D中产生的。照片学分:CSI EntwickLungstechnik

    生成的3D绕线——用机器人但没有核心——是戴姆勒汽车公司(德国斯图加特)正在开发的一项技术。这一过程被称为FibreTEC3D,将碳纤维/环氧树脂缠绕在插入模具板的铝针周围。该零件的数字化设计指导了引脚的放置和机器人绕线机代码的生成。戴姆勒的想法是让装配机器人的抓手更轻——事实也的确如此,轻了50%——但后来汽车开发部门想用这种技术来制造其他零件的原型。拓扑优化设计可以将正确的材料放在正确的位置,并将碳纤维置于张力中,从而将所需材料的数量最小化,并将效率最大化。3D中的xFK是一种类似的技术10公斤的超轻座椅由德国Partners CSI EntwickLungstechnik GmbH(Neckarsulm,德国),阿尔巴工具和工程(Forstau,奥地利)和汽车管理咨询(德国彭斯贝格)。

    天然纤维不局限于室内

    保时捷开曼718 GT4 CS MR采用天然纤维复合材料车身

    保时捷开曼群岛718 GT4 CS MR采用BCCP Powerribs采用天然纤维复合材料车身。照片信用:BCCP

    天然纤维,大多数典型的大麻,亚麻和kEnaf已用于汽车内部复合材料,几十年的应用程序,如门,头部衬里,树干衬里,柱盖,后部包裹和座椅靠背。通过推动改善可回收性和可持续性,特别是在欧洲,目前正在展示天然纤维,用于摩托车的车身板和碰撞结构,长期以来一直是在更广泛的采用之前被证明地面。保时捷Motorsport与Bcomp(弗里堡,瑞士)和四汽车车队交付开曼群岛718 GT4 CS MR具有全天然纤维复合车身使用Bcomp的power肋骨技术。这辆车在2020年9月的24小时Nürburgring比赛中首次亮相。保时捷赛车已经推出了保时捷开曼群岛2019年718 GT4 CS采用天然纤维车门和尾翼,也是第一个以天然纤维取代碳纤维的赛车运动复合材料系列生产。

    2020年10月,Bcomp的ampliTex亚麻纤维在意大利帕尔马的YCOM公司进行了演示成功的崩溃 - 天然纤维前冲击吸收结构(FIA)- 据说是第一个。设计作为概念证明,该结构使得能够2BCCP说,减少约50%,证明了高性能天然纤维可用于显着更广泛的应用,而不是以前认为,包括结构和安全关键部分。

    DTM BCOMP天然纤维鞋盒被奥迪测试

    DTM BCCP天然纤维鞋盒被奥迪测试。照片学分:奥迪运动

    德国赛车系列Deutsche Tourenwagen Masters(DTM)也与Bcomp合作开设技术法规,使物料从碳纤维转移到BCCP的Amplitex和PowerRIBS天然纤维材料,在2020赛季的强制复合零件上。在西西里岛赫里茨,西班牙和维拉银队的DTM测试期间,BMW Motorsport和奥迪运动成功验证了第一个这样的部件。“近视触点,DTM Shoebox是一个典型的摩托车车身磨损部分,需要在几乎每场比赛之后被更换或修理,”DTM的Sport and Engineers Spection“随着BCSP天然纤维技术,我们可以达到与碳纤维相同的重量,同时还利用防碎片和环境效益。这是介绍BCCP的可持续轻量化解决方案的理想选择。“

    并且,技术转移到新的移动解决方案已经开始。瑞典公司Volta卡车揭示了其volta零据称,这是世界上第一辆专为市内货运设计的16吨电动汽车,同时也采用了Bcomp的ampliTex和power肋天然纤维技术坚硬轻便的身体面板。BCSP表示,它还将节省重大重量,高达75%的CO2  排放比 匹配碳 纤维零件。除了Bcomp的亚麻纤维外,车身面板还将使用一种从菜籽油中提取的新型生物基可生物降解树脂,从而进一步减少整辆车的碳足迹。要了解更多,请阅读:

    纳斯卡

    当前的NASCAR杯赛车系列的车辆包括碳纤维复合材料发动机罩和后甲板盖,前后筋膜,齿轮冷却器外壳,制动导管,电池箱,座椅和发动机周围的部件。许多团队预计,新的第七代车辆规格目前正在开发将允许更多的复合材料。

    根据杰夫安德鲁斯,纳斯卡杯系列队亨德里克·赛车运动员(夏洛特,N.C.,美国)的发动机运营总监“,”这项运动可以在2 - 4年内广泛采用复合体。“除了重量轻,另一个主要效益是施工效率。纳斯达研究和开发中心团队效率高级总监Brett Bodine解释说,悬挂在底盘上的预先制造的复合面板的机身只有两天,而近两周形成,形状和焊接钢体。

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