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分析汽车用先进复合材料的低成本技术

作者:2017-06-09 17:27阅读:文章来源:未知
       汽车产业作为世界上极为重要的工业产业之一,也是我国重要的支柱产业,并随着世界经济全球化趋势发展速度迅速。中国已经远远的超过了美国的汽车产业,位居世界第一。汽车工业的制造和性能不断提高,与其使用的材料特性应该是密切相关的。以碳纤维增强树脂基复合材料的高性能是复合材料中比较先进、优秀的代表材料,高弹性模量,高比强度,耐疲劳性,耐腐蚀性,整体形状等都是较为优秀的特性,突出了许多优秀特点在实际设计过程当中,这种材料的性能比铝合金的强度要高出很多,并且逐渐成为人们选择轻质、高强度材料的最佳选择,并在航空航天工业中的大量应用,是先进的空中和空间结构的标志之一。
  一、汽车轻量化和先进复合材料
  1.最理想的汽车轻量化材料就是先进复合材料
  随着汽车使用数量的日渐增加,对燃油的消耗越来越大,尾气的排放也越来越多,因此,减少尾气排放、降低燃油消耗是当前我国汽车工业制造过程中最有挑战的战略目标。轻量化是促进我国汽车工业可以长足发展的重要途径之一,先进复合材料的使用是汽车轻量化的重要基础材料。约束我国汽车复合材料发展的重要原因就是复合材料的低成本技术。根据相关调查结果显示,汽车减少百分之十的重量,尾气排放就会降低5%—6%,汽车对燃油的消耗每降低1L,二氧化碳的排放就会减少2.5kg。汽车轻量化技术逐渐成为全球汽车工业大力提倡的重要技术,轻量化技术是全球领先的汽车高技术产业未来的发展,我国汽车轻量化的重要前提就是先进复合材料技术。在汽车工业制造使用先进符合材料中,碳纤维的使用最多,具有高强度和低密度的特征,且碳纤维的模量和强度是轻质铝合金和高强度钢的好几倍,从目前我国提倡汽车工业制造用料轻量化的角度来讲,碳纤维更具有优势。根据相关的数据显示,碳纤维与传统的金属材料相比较,其减轻汽车重量的效果最理想,是减少汽车重量的首选材料。
  2.汽车用先进复合材料技术发展遇到的阻碍
  在我国汽车工业制造应用当中,碳纤维没有得到应用的原因主要有两个。第一,碳纤维的使用成本极高,如应用到汽车工业制造中,很难将汽车向大众化的方向推广。作为比较尖端的战略性材料,碳纤维复合材料在20世纪60年代时就早已经出现了,但由于汽车工业制造技术的发展,使得只有少数发达国家如日本、美国使用。再加上制作碳纤维的原材料成本也很高,并且制备的过程比较复杂,对制作工艺的控制要求非常严格,这就使碳纤维的价格提到了非常高的位置。第二,复合材料在成型方面的周期长,其最重要的就是固化和制备制作程序的效率比较多。在热塑性复合材料的制作过程中虽然没有涉及到固化问题,但在耐热和力学性能两个方面有些不足。关于连续纤维增强的问题,也存在成型周期比较长的问题,更甚者缺乏成熟的制造技术。随着我国各种新型技术的不断出现,这些问题会被逐一解决的。
  二、复合材料低成本技术
  1.大丝束碳纤维技术
  对于大丝束碳纤维的内部,树脂基体的侵润性比较差,易产生的单丝之间的空间,很容易导致纤维和劣势之间的富集和分离,使刚度和强度的复合材料受到很多影响,复合材料的性能大大降低,相应的分散性能较大,很难满足汽车工业制造结构设计要求。目前,国内外关于大拖碳纤维技术的发展,可以有效地解决上述问题。同时,大的纤维在纺织、针织、织造和织造等工艺上的难度也不是很成熟,因此,大的两种碳纤维织物很难通过,严重影响了大的两种碳纤维技术在工业中的应用。
  2.多材料混杂增强技术
  制造汽车过程中,由成千上万的零件,在材料的使用性能的每个部分都有自己很高的要求,复合材料的设计具有较强性,因此,在零件材料的选择可以根据不同原料不同部分的性能选择和设计不同的纤维材料,加强对汽车结构设计。如汽车骨架,这种对承载要求比较高的部件,必须要选择全碳纤维材料,增强汽车结构,然后使用编织技术将其直接编织成汽车骨架,再与树脂进行复合,最后成型。植物纤维复合材料具有较强的复合材料和碳纤维的吸能性能,将在未来的复合材料结构中应用于汽车制造业。
  3.低成本碳纤维原丝以及制备技术
  世界上很多科研机构和大型企业都在对其进行更深入的研究。第一,研究了廉价原丝的技术,在汽车工业制造使用的碳纤维主要就是由原丝复合成的,大约占40%—60%,使用廉价的原丝就是在降低碳纤维的成本。第二,研发出新的预氧化工艺,目前,主要的研究方向就是使用新预氧化技术来有效降低成本,减少时间。第三,研发新碳化技术,在碳纤维总成本中碳化工序大约占25%—30%,并且影响着碳纤维的质量。
  三、复合材料快速成型技术
  1.快速成型树脂体系
  一是快速固化热固性树脂。树脂固化时间以小时为单位。因此,必须加快研究相关的系统,快速固化树脂以秒固化时间,从小时逐渐下降为秒计算单元。
  二是快速开环聚合环状热塑性树脂。热塑性树脂具有回收再利用和快速定型的特点,许多研究者希望将其广泛应用于汽车制造业,特别是在连续纤维增强热塑性树脂复合材料被用作汽车零部件。然而,最重要的问题是在连续纤维增强热塑性树脂复合材料的过程中的机械设备,传统的成型技术都已经逐渐落后了,因此,需要要不断的对制造技术进行创新。
  2.快速成型工艺
  一是热压成型工艺。热压成型技术,它是最传统的复合合成技术。和模塑料或预浸料PICAI的合成,热压作用下,促使坯料的流动到塑化层,并充满型腔,获得最终的定型产品。而对于预成型的热塑性树脂基体来说,热压成型是最好的方法,最关键的就是对预浸材料的制作。对于热压成型工艺技术的去电是不能够制作成型的制品,并且这种工艺对纤维和树脂浸渍质量要求预成形较高。
  二是快速液体模塑成型技术。快速液体模塑成型技术包括快速升温和快速注射两方面。快速加热是预热到成型的液体树脂的温度和注射可以同时,如果在这个过程中,控制的正确的话也可以因为较低的树脂在高温下,加快渗透过程,并与其自身的工艺控制的设计有关。快速注射依赖较高的注射压力,有效提升树脂流动浸渍的效果,但其中也包含着很多不利的因素,如工艺的控制难度逐渐加大、机械设备的成本比较昂贵等。
  四、结语
  综上所述,相关的汽车配件种类各种各样,不同的应用程序使用不同的部件且有不同的性能要求。碳纤维增强树脂基复合材料的高性能是先进复合材料中比较先进、优秀的材料代表,高弹性模量,高比强度,耐疲劳性,耐腐蚀性,整体形状等都是较为优秀的特性,在实际设计过程当中突出了这些特点。对于汽车外壳部件的机械性能的要求低,轻量化是促进我国汽车工业可以长足发展的重要途径之一,先进复合材料的使用为汽车轻量化的重要的材料基础。约束我国汽车复合材料发展的重要原因就是复合材料的低成本技术,汽车工业的制造和性能不断提高,与其使用的材料特性应该是密切相关的。降低材料的使用成本能够有效促进先进复合材料在汽车中的应用。

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