碳纖維復(fù)合材料汽車零部件開發(fā)與應(yīng)用前景

翁盛鋒

摘要：現(xiàn)在汽車工業(yè)正在進(jìn)步，方便了人們的日常流動(dòng)，同時(shí)也帶來了許多環(huán)境問題，因此，國家提倡輕型汽車化，這對降低節(jié)能具有重要意義。在這一趨勢下，應(yīng)用于汽車工業(yè)的碳纖維復(fù)合材料帶來了汽車工業(yè)的新革命。

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料;汽車零部件;應(yīng)用前景;

簡介：近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車制造業(yè)和制造業(yè)逐漸成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，不同類型的建筑材料，如碳纖維復(fù)合材料開始應(yīng)用，在眾多汽車零部件的研制中得到了廣泛的應(yīng)用，滿足了現(xiàn)代汽車工業(yè)低碳環(huán)保發(fā)展理念的要求，適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。碳纖維復(fù)合材料性能好，生態(tài)效益好，汽車工業(yè)得到了許多廠家的支持，今后將具有重要的發(fā)展和應(yīng)用價(jià)值。

一、碳纖維復(fù)合材料特點(diǎn)

1.具有很高的比模塊強(qiáng)度。與傳統(tǒng)金屬材料相比，碳纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度和模塊化程度并不大，但比金屬材料密度低得多，比金屬材料密度低2.4 - 5.8倍，比金屬材料的強(qiáng)度不少于1.6倍。因此，在相同的測量單位的質(zhì)量下，可以產(chǎn)生更高的載波能力;當(dāng)同時(shí)承載能力時(shí)，質(zhì)量可能會(huì)更低。

2.對疲勞有很好的抵抗力。壓力造成的材料破壞主要是內(nèi)部裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大的結(jié)果。在碳纖維和基質(zhì)之間的復(fù)合材料中，碳纖維可以防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展。對于大多數(shù)金屬材料來說，疲勞強(qiáng)度在拉伸時(shí)從3到5個(gè)部分不等，但是碳纖維復(fù)合材料可以達(dá)到7到8 / 10。

3.損壞的安全性更高。如果碳纖維復(fù)合材料被破壞，它不會(huì)像傳統(tǒng)材料那樣立即發(fā)生，而是通過許多環(huán)節(jié)，從最初的創(chuàng)傷到骨折，然后從骨折到粘附，最后是碳纖維破裂。如果斷裂只是纖維的一小部分，那么負(fù)載可以從基質(zhì)轉(zhuǎn)移到重新分配，這是一個(gè)能量吸收過程，從而大大提高傷害的安全性。

4.有很好的折舊。從力結(jié)構(gòu)的角度來看，它的自毀頻率不僅與形狀密切相關(guān)，而且與材料的次級模塊成正比，因此自毀頻率往往很高。此外，材料接口可以吸收大量的能量來提高振動(dòng)阻尼。

二、碳纖維復(fù)合材料概念

從碳纖維的組成來看，碳含量超過95%，是一種具有高強(qiáng)度和模塊化纖維的新材料。在碳纖維形成過程中，有機(jī)纖維，如石墨微晶體，沿著纖維軸排列，然后在處理后碳化和石墨化。碳纖維相比具有更好的金屬鋁，比如有更高質(zhì)量的碳纖維相比，碳強(qiáng)度比鋼更有纖維，具有良好的防銹性能在實(shí)際應(yīng)用，不僅可以充分利用特征碳材料，但紡織纖維和靈活性，可以實(shí)現(xiàn)各種加工、使用更有價(jià)值。因此今后需要加強(qiáng)對這些材料的研究。與普通材料相比，零件自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)成本控制目標(biāo)，因此生產(chǎn)汽車零件的碳纖維復(fù)合材料將具有廣泛的發(fā)展前景。

三、碳纖維復(fù)合材料汽車零部件開發(fā)

1.更多高強(qiáng)度纖維。高強(qiáng)度碳纖維意味著碳纖維，每束碳纖維的根超過24k，具有較小的特性，是通用工業(yè)使用的碳纖維。大型絲綢纖維纖維生產(chǎn)是一項(xiàng)廉價(jià)的生產(chǎn)技術(shù)，其銷售價(jià)格在50%到60%之間，生產(chǎn)率和價(jià)格比絲綢纖維纖維中的小纖維要高得多。例如，GL、德國、C30T050、大型碳纖維纖維，具有與T300相似的特性，成本只有1 / 4。碳纖維中的滲漏性很弱，一根線很容易形成缺陷和其他生產(chǎn)缺陷。與此同時(shí)，在折疊的過程中，很容易產(chǎn)生混亂的紗線和紗線斷裂，這導(dǎo)致了更大的機(jī)械分散，導(dǎo)致在大線圈中產(chǎn)生碳纖維的困難。目前，國內(nèi)外正在開發(fā)一項(xiàng)技術(shù)，以減少碳纖維的薄層，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.纖維混合技術(shù)。將碳纖維與其他纖維混合可以補(bǔ)充和有效降低生產(chǎn)成本。例如，高碳纖維成本低，但有一個(gè)低彈性模數(shù)的問題;纖維在潮濕和高溫下，質(zhì)量明顯下降。因此，混合纖維的最佳結(jié)構(gòu)可以通過多種制造方法、物種和百分比、纖維方向、層層疊疊序列和層層疊疊板獲得。目標(biāo)函數(shù)使用彎曲、成本、質(zhì)量、玻璃纖維/煤炭纖維的強(qiáng)度和使用秤和方法實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)，并提供更穩(wěn)定、更合理的混合纖維結(jié)構(gòu)。

3.綜合材料設(shè)計(jì)技術(shù)。傳統(tǒng)的汽車鋼材通常需要通過更平坦、切割、模具等方式，通過焊接等技術(shù)將紙板類型的模板連接起來。但是，對于基于碳纖維樹脂的復(fù)合材料，材料和結(jié)構(gòu)是同時(shí)形成的，其形狀和大小對制造過程的影響較小。因此，使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)理念很難充分發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料的潛力。同時(shí)，從材料、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力、發(fā)展碳纖維復(fù)合材料纖維材料-結(jié)構(gòu)-性能綜合技術(shù)，不僅減少零件數(shù)量，簡化生產(chǎn)過程和裝配，但能充分利用材料的性能，在汽車零件部分方向發(fā)展中有至關(guān)重要的作用。使用碳纖維復(fù)合材料同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)和使用需求是碳纖維復(fù)合材料的一個(gè)顯著特征。在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)充分利用輕質(zhì)、高質(zhì)量、高技術(shù)性能和其他特性來實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料、汽車部件結(jié)構(gòu)制造整合性能。這對于降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量、減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量、簡化組裝過程和滿足相關(guān)操作需求至關(guān)重要。

4.高成型效率。碳纖維復(fù)合材料在太空和航空工業(yè)中使用，廣泛使用熱壓罐的形成方法來準(zhǔn)備復(fù)合材料。高壓鍋技術(shù)有以下顯著的優(yōu)勢：高纖維結(jié)構(gòu)，高質(zhì)量穩(wěn)定性，簡單。然而，熱壓罐的形成有很長的一段時(shí)間，耗電量很大，還有其他問題，很難滿足汽車工業(yè)的大規(guī)模有效生產(chǎn)要求。與傳統(tǒng)的熱壓罐鑄造方法相比，技術(shù)和熱模具的鑄造效率高、成本低、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的容易以及其他明顯的優(yōu)勢都適用于具有合成材料的汽車。其基本技術(shù)原理在于，腔內(nèi)模塊，按照結(jié)構(gòu)和特征，增強(qiáng)纖維或初步商業(yè)化的細(xì)節(jié)，然后用膠水澆注設(shè)備專用系統(tǒng)樹脂真空吸入或注射封閉腔完全浸透纖維、樹脂硬化才能得到復(fù)合材料部件。熱成形過程在一定的溫度和壓力下，基質(zhì)液化，重新浸入纖維，因此準(zhǔn)備特定的復(fù)合材料，熱成型過程具有相對較短的成型階段，易于自動(dòng)化，可以使用傳統(tǒng)的金屬板來制造設(shè)備，它還適用于低成本的熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)過程，有效地用碳纖維復(fù)合材料制成零件。

四、碳纖維復(fù)合材料汽車零部件前景

近年來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提高了人們的生活水平，因此對汽車的需求逐漸增長，我們的國家逐漸成為大型汽車生產(chǎn)商和銷售。在汽車制造中使用了更多的復(fù)合材料，但有些復(fù)合材料的使用范圍有限，在汽車制造中不可能廣泛使用。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車生產(chǎn)和生產(chǎn)越來越多地關(guān)注其環(huán)境和節(jié)能的發(fā)展影響，特別是近年來石油價(jià)格上漲，因此未來高強(qiáng)度、輕型碳復(fù)合材料必須占據(jù)重要的位置，有足夠的發(fā)展空間，并帶來其他相關(guān)技術(shù)和進(jìn)展，確保汽車工業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展。出于安全考慮，生產(chǎn)技術(shù)等等，碳纖維復(fù)合材料只適用于不那么需要的內(nèi)部裝飾，以及這種車身襯底，往往會(huì)導(dǎo)致材料的過多性質(zhì)。在設(shè)計(jì)方法和加工技術(shù)時(shí)，B列、性別、輪轂等中的碳纖維復(fù)合材料。經(jīng)常使用，材料，一般特性更廣泛地使用。長期以來，基于手工生產(chǎn)的小型生產(chǎn)模型一直是汽車零件和碳纖維零件的主要制造過程，因此很容易在產(chǎn)品質(zhì)量、高成本和低效率方面造成困難。隨著使用碳纖維復(fù)合材料、汽車部件和需求附件不斷增加，碳纖維復(fù)合材料必須轉(zhuǎn)化為自動(dòng)化、數(shù)字、智能、主要是大規(guī)模生產(chǎn)模型、促進(jìn)低成本和有效生產(chǎn)過程。

總的來說，碳纖維復(fù)合材料與傳統(tǒng)金屬材料相比具有明顯的優(yōu)勢，其強(qiáng)度、單位模塊化、疲勞性、抗壓強(qiáng)度、減震、各向異性、模具舒適、腐蝕性。目前，這一節(jié)能和環(huán)境中心，不斷提高科技水平的時(shí)期對發(fā)展和應(yīng)用有著廣泛的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊宇黎，劉肖杏，等. 整體式碳纖維復(fù)合材料純電動(dòng)汽車上車體結(jié)構(gòu)件研制[J]. 玻璃鋼/ 復(fù)合材料，2017（07）：65-69.

[2]張勝兵.汽車用碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工工藝[J].汽車工藝與材料，2019（9） ： 1-8， 14.

[3]宋鴻昌，張欣然.碳纖維復(fù)合材料汽車零部件開發(fā)與應(yīng)用前景[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2020 ， 44 （12）： 74.

2279500783291