Aplicação de materiais compósitos em automóveis leves

Materiais compósitos de fibra de carbono

Fibra de carbono (CF para abreviar) é um novo tipo de material de fibra com fibras de alta resistência e alto módulo com um teor de carbono de mais de 90%. É um material de grafite microcristalino obtido por carbonização e grafitização empilhando fibras orgânicas tais como microcristais de grafite floco ao longo da direção axial da fibra. A fibra de carbono é "macia no exterior e rígida no interior", sua gravidade específica é apenas um quarto da do aço, mas sua resistência é maior do que a do aço, e tem as características de resistência à corrosão e alto módulo.

Vantagens da fibra de carbono

1. O material composto de fibra de carbono tem alta resistência e módulo, e é o material mais leve e de alta resistência ideal do corpo do veículo.

   
   

2. Quando o material composto de fibra de carbono encontra uma colisão, não absorve energia através da deformação plástica, mas torna-se inúmeros fragmentos minúsculos, para que possa absorver uma grande quantidade de energia de colisão, que é cerca de 4 vezes a da estrutura de aço, e tem alta segurança. .

   
   

3. Materiais compósitos de fibra de carbono são fáceis de formar, ou seja, é fácil formar uma forma que esteja em conformidade com o princípio dinâmico para atender às necessidades de estética e uma superfície lisa, para que possa salvar os procedimentos complicados e pesados de pintura corporal e processamento e reduzir um certo custo.

   
   

4. Quando materiais compósitos de fibra de carbono são formados, diferentes materiais podem ser integralmente formados, o que é mais propício para a modularização e integração de automóveis durante a fabricação.

   
   

5. O material composto de fibra de carbono é insolúvel em solução ácida, solução alcalina e solução orgânica, e suas propriedades químicas são estáveis, por isso tem boa resistência à corrosão, longa vida, quase nenhuma manutenção e baixo custo de manutenção.

   
   

6. Materiais compósitos de fibra de carbono têm alta resistência, alto módulo e sem fluência, e podem ser usados para fabricar estruturas de eixo de acionamento. O corpo LP700-4 investido pela Lamborghini tem extremamente alta resistência e rigidez, e também é muito seguro.

Os discos de freio e pastilhas de freio de carros de corrida F1 também usam materiais compostos de fibra de carbono, o que torna os discos de freio de carros de corrida F1 muito mais altos do que os discos de freio de carros civis comuns em termos de desempenho e preço.

No entanto, a fibra de carbono também tem suas próprias limitações

1. A operação é demorada, a produção em lote é pequena e o projeto e o desenvolvimento do processo são difíceis.

   
   

2. Os custos de material também são altos, com um LFA para uma carroceria completa de fibra de carbono e chassis custando mais de £ 300.000, que é quase o preço de um Ferrari 458 e um Range Rover.

   
   

3. É um material frágil, que é basicamente irreparável após danos, e a alta resistência da fibra de carbono é limitada apenas à direção axial, e sua resistência radial é relativamente frágil, (por isso é usado frequentemente para tirar proveito de sua resistência à tração leve e evitar fazer rolamento lateral.

   
   

4. A conexão entre fibra de carbono e outros materiais também é um problema. Se uma conexão de parafuso tradicional é usada, rachaduras são propensas a ocorrer em torno da conexão.

   
   

5. Comparado com a liga de alumínio, a fibra de carbono não pode ser reciclada.

Como a parte principal do pára-choques do carro, o feixe anti-colisão do carro é a parte de carga-rolamento e absorção de energia mais importante na colisão de baixa velocidade, que pode proteger os passageiros e partes circundantes. Os materiais compósitos de fibra de carbono têm baixa densidade, alta resistência específica, grande módulo específico e boa absorção de energia de colisão. Depois que o modelo de colisão é estabelecido de acordo com os requisitos relevantes, o feixe anti-colisão de aço e o feixe anti-colisão composto de fibra de carbono são testados, e a simulação de colisão é realizada para analisar a absorção de energia dos dois materiais. Os resultados mostram que a absorção energética específica da fibra de carbono é o aço. 3,7 vezes, e a perda de peso atingiu 71,4%. As características de absorção de energia e efeito leve são significativamente melhoradas.

Exemplo: O Chevrolet Corvette Stingray 2020 projetou e construiu a primeira viga de colisão de fibra de carbono pultrudida curva e multicolorida da indústria automotiva, que fornece forte proteção para o tronco traseiro e estendido do Stingray, enquanto que as características leves do Stingray também melhoram muito o desempenho de manuseio e economia de combustível do Stingray.

As pessoas também usam muita fibra de carbono no corpo. Comparado com as deficiências da fibra de carbono mencionadas anteriormente, a série BMW i evitou e resolveu com sucesso alguns problemas com seus métodos de aplicação e tecnologias no corpo. A estrutura do corpo da série BMW i adota materiais de fibra de carbono em uma grande área. A nova oficina de musculação na fábrica de Leipzig une componentes compósitos plásticos reforçados com fibra de carbono para criar a estrutura básica do módulo Life.

Compostos de matriz resina

Os compósitos de matriz resinosa não só podem reduzir a qualidade das peças em até 40%, como também podem reduzir os custos de produção em cerca de 40%. Atualmente, materiais compósitos reforçados com fibra de vidro e materiais compósitos reforçados com fibra de carbono têm sido aplicados com sucesso em automóveis e têm sido amplamente utilizados em peças interiores e exteriores de automóveis.

O material composto de resina reforçado com fibra de vidro (GFRP) tem boa resistência à corrosão, bom isolamento, especialmente boa plasticidade, baixos requisitos para moldes, tecnologia de processamento simples para moldes para fabricação de peças de cobertura de corpo grande, ciclo de produção curto e baixo custo. Para carros e carros de passageiros, use materiais compósitos de resina reforçados com fibra de vidro para fabricar revestimentos de carroceria de automóveis, revestimentos de parede dianteira e traseira de automóveis de passageiros e cabines de caminhões e outras peças.

Os compósitos de matriz de resina reforçados com fibra de carbono (CFRP) têm uma série de vantagens, tais como peso leve e alta resistência, alta tenacidade à fratura, resistência à corrosão, forte projetabilidade, fácil moldagem e bom desempenho de amortecimento de vibração, que não só pode atender à rigidez e peso leve dos componentes. por isso é um material leve promissor para automóveis. No entanto, tem desvantagens como alto custo e longo ciclo de moldagem.

Atualmente, os defletores de ar do corpo, pára-lamas dianteiros e extensões dianteiras do pára-lamas, tampas de faróis, tampas do motor, tiras decorativas, painéis traseiros, etc., endurecedores do painel do corpo fabricados pela tecnologia de moldagem de transferência (RTM), etc.