01
Введение

Композиты из углеродного волокна представляют собой высокоэффективные композиты, изготовленные из смолы, металла и керамики в качестве матрицы и углеродного волокна в качестве армирования с использованием передовых методов композитного формования. Полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP), являются основным материалом, используемым в автомобильной промышленности, который имеет ряд преимуществ, таких как низкая плотность, высокий модуль и высокая удельная прочность. Поэтому он широко используется в аэрокосмической, ветроэнергетике, отдыхе и спорте, военной и других областях. В последние годы, в связи со все более серьезным загрязнением глобальной окружающей среды, «энергосбережение и сокращение выбросов, развитие низкоуглеродной экономики» сформировали высокий консенсус в глобальном масштабе. Облегчение автомобилей может эффективно снизить потребление энергии и выбросы выхлопных газов. Углепластик — отличный легкий материал с высокой термостойкостью, коррозионной стойкостью, амортизацией и другими свойствами, а изделия из него имеют стильный внешний вид. Поэтому автомобильные инженеры все больше отдают ему предпочтение. Чтобы способствовать применению углепластика в автомобилях, многие университеты и предприятия в последние годы также проводили исследования по применению углепластика в автомобилях.

02
Применение углепластика в скелете тела

Благодаря своей низкой плотности, высокому модулю и удельной прочности углепластик часто подходит для облегчения больших конструкционных деталей. Как система, которая в наибольшей степени способствует массе всего транспортного средства, каркас кузова является наиболее важной целью для облегчения углепластика и самого раннего применения углепластика. Компания General Motors разработала концепт-кар со сверхлегкой каркасной конструкцией кузова из углепластика еще в 1992 году, а в кузове BMW i3, выпущенном в 2013 году, использовался пассажирский салон из углепластика, что вызвало бум исследований применения углепластика. С тех пор применение углепластика в каркасе кузова постепенно расширилось от суперспортивных автомобилей до роскошных автомобилей и автомобилей с новой энергией. Салон BMW i3 состоит из 34 деталей из углепластика, 13 из которых отлиты за одно целое (в том числе 48 заготовок), что обеспечивает высокую степень интеграции. как показано на рис. 1. Боковая часть корпуса i3, например, разделена на девять заготовок, и девять заготовок затем формуются с помощью технологии литьевого формования смолы (RTM) для формирования внутренней и внешней боковых панелей корпуса. В конструктивных элементах каркаса кузова BMW i8, BMW 7 серии, Lexus LFA, Lamborghini Aventador LP700-4 используется большое количество деталей из углепластика, в задней панели заднего сиденья Audi A8 также используется углепластик. Кроме того, Mercedes-Benz, Ford, Toyota и другие ведущие зарубежные автомобильные компании используют углепластик в исследованиях применения структурных частей каркаса кузова и выпуске моделей. В конструктивных элементах каркаса кузова Lamborghini Aventador LP700-4 используется большое количество деталей из углепластика, в задней панели заднего сиденья Audi A8 также используется углепластик. Кроме того, Mercedes-Benz, Ford, Toyota и другие ведущие зарубежные автомобильные компании используют углепластик в исследованиях применения структурных частей каркаса кузова и выпуске моделей. В конструктивных элементах каркаса кузова Lamborghini Aventador LP700-4 используется большое количество деталей из углепластика, в задней панели заднего сиденья Audi A8 также используется углепластик. Кроме того, Mercedes-Benz, Ford, Toyota и другие ведущие зарубежные автомобильные компании используют углепластик в исследованиях применения структурных частей каркаса кузова и выпуске моделей.

Уменьшение веса является одной из основных целей разработки автомобилей, и в настоящее время основное внимание в отрасли уделяется снижению веса компонентов модели. применение углепластика на каркасе тела привело к снижению веса примерно на сто килограммов.

03
Применение углепластика в обшивке кузова и внутренней и внешней отделке

углепластик более широко используется в наружной обшивке зарубежных моделей, особенно для люксовых моделей с более высоким позиционированием, стоимость углепластика выше, поэтому его покрытия часто применяются в виде высокий вариант или модифицированный спортивный комплект, яркие полоски на дверях, задний спойлер, заднее крыло и т. д., такие как BMW, Audi, Mercedes-Benz, Lexus, Lamborghini и другие бренды моделей высокого класса, в дополнение к собственной разработке покрытий из углепластика и детали внутренней и внешней отделки, на рынке также есть специальные детали из углепластика, которые можно модифицировать.

Углепластик также является центром прикладных исследований внутренних покрытий кузова и деталей внешней отделки. По сути, все отечественные OEM-производители проводят исследования по применению углепластика в обшивке кузова и внешней отделке, и их применение растет. В последние годы основными моделями, разработанными и применяющими покрытия кузова из углепластика и детали внешней отделки, являются Promised K50, Geely Link 03+/05+, Volvo Polaris 1, Great Wall WEYVV7, SAIC MG6 и т. д. Кроме того, Lutis и другие модели уже в разработке массового производства.

Frontage K50, полностью электрический спортивный автомобиль, выпущенный в 2018 году, является единственной моделью в Китае, в которой используются «полностью карбоновые» покрытия кузова (включая детали внешней отделки), всего 29 деталей из углепластика, за исключением переднего и заднего бамперов. и боковые юбки. Общая масса составляет всего 46,7 кг, что более чем на 40% легче традиционных металлических деталей.

04
Применение углепластика в системе шасси

Большинство компонентов шасси представляют собой «подрессоренную массу», и их легкий вес может улучшить характеристики всего автомобиля. Тем не менее, детали шасси находятся в суровых условиях, и большинство из них являются движущимися частями, которые требуют более высоких характеристик надежности, таких как долговечность, усталость, коррозия и т. д. Проблема использования углепластика в деталях шасси часто выше, чем в деталях конструкции кузова. Поэтому как в Китае, так и за рубежом применение углепластика в деталях шасси крайне затруднено. В настоящее время основными компонентами исследований применения углепластика на шасси являются приводной вал, подрамник, рычаг управления, стабилизатор поперечной устойчивости, поворотный кулак, ступица колеса, пружина и т. д. Приводной вал является важной частью трансмиссионной системы автомобиля для передачи власть, его роль заключается в передаче мощности от двигателя к колесам вместе с трансмиссией и ведущим мостом, так что автомобиль создает движущую силу. Традиционный приводной вал автомобиля в основном использует металлические материалы, такие как высококачественная углеродистая легированная сталь 40Cr, 30CrMo, 42CrMo и т. д. Использование углепластика вместо исходных металлических материалов для подготовки приводного вала может соответствовать требованиям высокой прочности, жесткости. и усталости приводного вала, помимо значительного снижения веса, а также снижения потерь энергии в системе трансмиссии и веса автомобиля за счет улучшения виброустойчивости, снижения шума и т. д.

Автомобильные карданные валы из композитного углеродного волокна использовались в большегрузных автомобилях General Motors в 1880-х годах, что уменьшило массу на 60% по сравнению со сталью. Благодаря постоянному обновлению и совершенствованию технологий и производственного оборудования производство и применение приводных валов из композитного углеродного волокна также имеют тенденцию к увеличению.

Подрамник является промежуточным буфером для соединения кузова и подвески, и большинство традиционных подрамников изготавливаются из стальных листов методом штамповки и сварки. С развитием легких технологий в последние годы он постепенно заменялся на подрамник из алюминиевого сплава, а композитный подрамник из углепластика по сравнению с подрамником из алюминиевого сплава дает дополнительные возможности для снижения веса. Подрамник из углепластика, разработанный Ford и Magna, применяется в композитном Mondeo, заменяя 45% стальных деталей традиционного подрамника и снижая вес примерно на 34%.

07
Заключение

Углепластик обладает преимуществами низкой плотности, высокого модуля и высокой удельной прочности, а также имеет широкие перспективы применения в автомобилестроении. Однако из-за высокой стоимости углепластик по-прежнему в основном используется в некоторых моделях высокого класса.

Ослепительный внешний вид углепластика популярен среди молодежи, и многие модели разрабатываются в виде «спортивных комплектов» в качестве рекламной точки в топовой или дополнительной форме моделей. На вторичном рынке модификация экстерьера «спортивный пакет» занимает больший рынок в применении углепластика.