В условиях глобального потепления климата и истощения запасов ископаемого топлива, продвижение зеленой энергетики и устойчивого развития стало глобальным консенсусом. Автомобильная промышленность, являясь продуктом современной индустриальной цивилизации, сталкивается с беспрецедентным давлением в плане экономии энергии и сокращения выбросов, что делает облегчение транспортных средств важным подходом к решению этих задач. Среди различных облегченных материалов, композит из углеродного волокна с отличаются исключительной удельной прочностью, удельным модулем и гибкостью конструкции и широко применяются в автомобильной промышленности.

Применение углеродных композитов в автомобилях

1. Конструктивные элементы кузова транспортного средства
Во-первых, с точки зрения внешние панели , композиты из углеродного волокна широко используются в таких деталях, как двери и капоты двигателей Эти компоненты должны не только обладать превосходными механическими характеристиками, но и отвечать множеству функциональных требований, включая аэродинамику и шумо-виброизоляцию. Разработка оптимальных схем укладки углеродного волокна и выбор высокоэффективных смоляных матриц позволяет снизить вес компонентов, значительно повысив их жесткость, прочность и ударопрочность, а также добиться более элегантного внешнего вида.

В области структурные компоненты каркаса кузова Благодаря своей исключительной удельной прочности и удельному модулю упругости композиты на основе углеродного волокна могут заменить традиционные металлические материалы. Благодаря передовым процессам формования и соединения можно добиться комплексного производства каркаса кузова, значительно сократив количество соединений и повысив как структурную интеграцию, так и лёгкость конструкции. Например, в одном из автомобилей пассажирский салон полностью выполнен из композитного углеродного волокна, а модульная конструкция и оптимизация процесса позволяют достичь до снижение веса на 62% при одновременном улучшении показателей безопасности при столкновениях более чем на 30%.

2. Системы шасси
В системы подвески Композиты на основе углеродного волокна — отличный выбор для ключевых компонентов, таких как пружины, амортизаторы и рычаги подвески. Возьмём, к примеру, амортизаторы: те, что изготовлены из композитов на основе углеродного волокна, не только легче, но и обладают 2–3 раза Более высокая усталостная прочность, что обеспечивает более отзывчивую и комфортную динамику подвески. Использование амортизаторов из углеродного волокна позволяет снизить вес подвески на 15%–25% при одновременном уменьшении ударов и вибраций 10%–15% , эффективно повышая комфорт езды.

3. Системы трансмиссии
Крышки двигателя, изготовленные из композитных материалов из углеродного волокна, сначала формуются путем заливки препрега или сухих волокон в форму, после чего происходит высокотемпературное отверждение под высоким давлением. В результате получается легкая крышка, которая точно соответствует контурам моторного отсека. По сравнению с традиционными материалами, такими как алюминиевые сплавы, крышки двигателя из композитных материалов из углеродного волокна позволяют снизить вес на 30–40% и увеличить жесткость на 20–30%, эффективно снижая вибрацию и шум, а также улучшая показатели NVH (шум, вибрация и жесткость) моторного отсека.

В области снижения веса автомобилей выбор и оптимизация процессов формования играют ключевую роль в достижении эффективности производства и создании высокопроизводительных компонентов. Распространенные методы включают компрессионное формование, намотку филаментов и пултрузию. Компрессионное формование использует пресс-формы и давление для соединения препрегов или сухих волокон с полимерной матрицей, что позволяет получать композитные компоненты сложной формы с превосходными свойствами. Этот процесс подходит для крупносерийного производства, обеспечивая высокую эффективность и точность размеров. Использование компрессионного формования позволяет повысить эффективность производства композитных компонентов на 20–30% и контролировать допуски размеров в пределах ±0,2 мм.

Намотка нитей включает пропитку непрерывных волокон смолой и их намотку по заданной траектории на оправку. После отверждения получаются полые композитные изделия. Этот процесс позволяет точно контролировать ориентацию волокон, что позволяет изготавливать высокопрочные и жёсткие трубчатые и цилиндрические детали. Кроме того, намотка нитей значительно повышает эффективность использования материала и сокращает отходы, увеличивая его эффективность на 30–40%.