国内外碳纤维及其制品在汽车上应用现状简介

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
制备流程
2. 国外CFRP 在汽车上应用
Lexsus LFA
2. 国外CFRP 在汽车上应用
2. 国外CFRP 在汽车上应用
胶接技术
胶接类型 糊状胶 应用 固化的CFRP件之间 两种成分混合 可通过设计调整间隙 在成型过程中使用 胶膜 固化的CFRP与未固化CFRP 稳定的、基本上无间隙(膜厚在 0.2mm) 在成型过程中使用 粘接片(含玻璃微球) 铝的预埋件与未固化的CFRP 可消除热应力不同造成的扩展 通过玻璃微球大小调整间隙 特征 装配过程中使用
18.9 10.9 13.9 7.2 2.4 8.8 12.2 9.0 3.5 11.6 100.2
1. 碳纤维产业简介
兰州蓝星 甘肃郝氏 兰州中凯 内蒙古欣亚 山西煤化所 山西榆次恒天 西安康本 邯郸硅谷 保定天鹅 威海拓展、泰安天泰 泰安新天、恒晨公司 天华益威 河南永煤 四川新万华 四川华拓 中复神鹰、江苏恒神 聚酯惠通、中科院杭州 基地、中简科技、 镇江航科、扬州惠亨 上海金山石化、上海有 机所、复旦大学、东华 大学、上海纺科院、上 海合研院、星楼实业 安徽首文、安徽鑫丰 宁波材料所、浙江奉先 衢州、浙江巨鑫 厦门杨大 台北台塑 桂林化纤 广州金发 沈阳中恒、 大连兴科 大连国瑞 吉林石化、中钢吉炭、 吉林化纤、吉研科技
奔驰
东丽
奥迪 通用
VOITH 帝人
福特
陶氏化学
丰田
东丽
日产
三菱丽阳
碳纤维部件开发应用
2. 国外CFRP 在汽车上应用
BMW i3设计整体要求 Life-Drive整车理念:
−易于零部件拆解 −通过轻量化设计减轻车重 −为电池组提供特别的空间 −热塑性树脂外覆盖件 −材料的水平划分
Life结构:碳纤维
后面
后保横梁20 包裹架支架21 包裹架外围板22+23、包裹架搁板24 胶接 胶接+部分螺栓连接 胶接 前地板25 胶接(两者相互之间) 胶接+部分螺栓连接(与金属加强版) 胶接+部分机械连接(后地板与包裹架)
下部
中底板26 后地板27
2. 国外CFRP 在汽车上应用
lamborghini aventador
2. 国外CFRP 在汽车上应用
Mclaren MP4-12C
预埋件连接工艺
2. 国外CFRP 在汽车上应用
Tesla Roadster
CFRP覆盖件组成
∆ 最外层采用GF无纺布 ∆ 第二层为Zoltek Panex35 50K单向布( ±45 °) ∆ 第三层为连续GF无纺布(主要为注胶考虑) ∆ 第四层为Zoltek Panex35 50K单向布( ±45 °) ∆ 采用RTM工艺,BPA环氧树脂(粘度为12000-15000cps)胺类固化剂 ∆ 固化时间为20min ∆ 完成后零部件厚度为1.6mm ∆ 采用氨基胶黏剂 ∆ 所有外观件先涂覆Dupont5150双组份氨基涂层 ∆ 最外层涂覆Dupont低温烘烤水溶性单组份涂层
前顶横梁13、中顶横梁14、后顶横梁15 前顶横梁加强板16、中顶横梁加强版17、中顶横梁加强版18 顶盖19
胶接 胶接+部分机械连接 胶接
上部
侧面
左右侧围内外板(5-8) 胶接,与车门铰链胶接 左右侧围 左右防撞板 门槛(9-10) 门槛护板(11-12) 九块小零部件胶接成一体 机械连接(车门内部金属上) 胶接,预埋孔+机械连接(车门锁扣) 胶接
国内外碳纤维及其 制品在汽车上应用现状简介
提纲
1. 碳纤维产业简介 2. 国外CFRP 在汽车上应用 3. 我国CFRP 在汽车上应用需解决的难点 4. 问题讨论
1. 碳纤维产业简介
工艺流程
生产线
1. 碳纤维产业简介
碳纤维力学性能
J:较基本型号增强了拉伸强度 H:较J型提升拉伸强度与模量 S:高强 G:较S型提升了拉伸模量与粘合性能
底盘部分的能量存储区域:
−中心低 −受到碰撞时的保护 −内部地板保持水平
Drive结构:铝合金
2. 国外CFRP 在汽车上应用
引擎盖、车门外板、前后翼子板: PP/EPDM 85℃涂装 车门上段:PC/ABS 85 ℃涂装 车顶盖:CFRP 85 ℃清漆涂装
A级表面 行人保护 碰撞安全保护 成本最优下的轻量化 引擎盖的刚度 内外板胶接
2014 26.1 10.9 11.4 8.6 2.4 8.8 14.3 12.0 3.5 13.1 119.9
2015 27.1 10.9 11.4 10.0 3.4 8.8 14.3 12.0 3.5 13.1 123.3
DOW投资合作 已被东丽收购 大丝束及沥青基 热塑CFRP用CF 高性能小丝束,军方
2. 国外CFRP 在汽车上应用
A柱:编织 一体化乘员舱 乘员舱:147.5kg BIW:229.5Kg 扭转刚度:35000 环氧树脂浇注 预埋件 顶盖:预浸料
顶盖胶接于壳体上
乘员舱CFRP 零部件分解图
附件:在壳体上 预浸料共固化
周围门护板等附件:编织
2. 国外CFRP 在汽车上应用
2. 国外CFRP 在汽车上应用
3. 我国CFRP 在汽车上应用需解决的难点
从零部件制造到整车制造

− 缺少复合材料零部件快速(节拍)生产制造工艺技术 − 制造装备落后,尚不能进行自动化大批量生产 − 复合材料零部件制造商大多未进入汽车行业质量体系(TS16949) − 制造工程师和技术工人严重缺乏 − 生产线建设投资巨大,投资者谨慎,无法打破产能约束瓶颈 − 传统零部件制造产业仍具有极大的竞争优势 − 超强钢和镁铝合金等新型金属材料也在抢占结构轻量化市场
3. 我国CFRP 在汽车上应用需解决的难点
从设计开发到零部件制造商

− 缺少设计、分析和仿真所需的可靠的材料和工艺数据 − 不能准确、完整的定义载荷和环境条件要求 − 汽车复合材料结构损伤模式和实现准则难以确定 − 汽车复合材料结构试验方法、盘踞和试验准备缺乏 − 即懂汽车又懂复合材料设计的人才稀缺
34个CFRP 零部件 − 13个一体化RTM零部件(48种组成) − 2个RTM与泡沫夹芯材料一起的编制结构 − 19个一体化纤维模压零部件
2. 国外CFRP 在汽车上应用
项目
TB 1阶特征频率 TB 2阶特征频率 BIW 1阶特征频率 BIW 2阶特征频率 静扭刚度 弯曲刚度
数值
27.8HZ 36.3HZ 42.7HZ 52.2HZ 27160Nm/° 18930Nm/mm
2. 国外CFRP 在汽车上应用
国外主机厂与CF供应商合作现状
主机厂
宝马
供应商
SGL
合作项目
目标
成立碳纤维合资公司,SGL持股50.1%, 2013年批量生产碳纤维汽车部件,为宝 宝马持股44. 9% 马量产车i3、i8提供材料 成立碳纤维合资公司,东丽持股持股 50. 1%,戴姆勒持股44. 9% 联合开展碳纤维汽车部件,奥迪新型 MSF车身结构 合作开发热塑性碳纤维汽车部件 福特汽车与陶氏化学正式签署合作协 议开发先进碳纤复合材料 碳纤维部件开发应用 计划采用短循环树脂迁移模塑(RTM)技 术,为戴姆勒公司轿车提供大批量生产 的CFRP部件。 2014年夏季上市的新款Q7采用该结构 (CFRP装饰条) 合作开发60s冲压成型的热塑性碳纤维复 合材料部件 从2015年开始起福特新车将大量采用碳 纤维零部件 中级乘用车减重10%,CFRP化作为主要 手段之一 2015年平均减重15%,CFRP化作为主 要手段之一
3. 我国CFRP 在汽车上应用需解决的难点
碳纤维产业
中间材料产业
设计开发产业
最终用户
整车设计和制造产业
零部件制造产业
3. 我国CFRP 在汽车上应用需解决的难点
从整车设计和制造到最终客户

─ 使用碳纤维复合材料为客户带来什么不清晰,应用定位不准 ─ 法规和规范不能覆盖或使用碳纤维复合材料的特性 ─ 缺乏整车正向开发设计所需的总体数据 ─ 缺乏知名的高端品牌 ─ 缺乏精通复合材料的工程技术人员
国内T300 3K碳丝价格 差别较大,约为100-300 元/Kg,单向碳布约为6080元/平米
1. 碳纤维产业简介
PAN碳纤维制造商的产能(千吨)
2012 东丽 三菱 东邦 Hexcel Cytec 台塑 Zoltek SGL Aksa 中国 合计(全球)
注:东丽统计预测
2013 21.1 10.9 11.4 7.2 2.4 8.8 13.0 9.0 3.5 13.1 107.7
我国碳纤维生产企业分布图
1. 碳纤维产业简介
国内碳纤维产业存在的问题
1. 生产工艺:工艺单一、产能分散、规模小、开车率低、低水平重复建设低端产品产 能过剩; 2. 核心装备:国内设备自主研发能力弱、大部分采用进口设备、国内仍然不具备成熟 的高温蒸汽牵伸机、大型预氧化炉、宽口径碳化炉、高温石墨化炉、卷绕机等关键 设备的制造实力; 3. 原辅料:国内在原丝油剂和碳纤维上浆剂上的理论和应用研究较少,没有专门的研 究机构,上浆剂仍然提留在传统的EPOXY上浆剂; 4. CF产品牌号:T300较为成熟,T700刚开始稳定生产,T800工业化刚研发成功, T1000号称研发成功; 5. CF产品性能:产品性能稳定性差,只能再体育用品及低端的建筑加固市场使用,不 能满足高端领域的需要; 6. CF产品价格:国内生产成本太高(T300在150元/Kg),而国内现在进口的T700市 场售价在120元/Kg)
CFRP 热塑性弹性体 6系列铝板 5系列铝板 挤出型铝材 铸铝 低碳钢 胶黏剂、泡沫等
2. 国外CFRP 在汽车上应用
CFRP 生产及铺层要求:
结构复杂的零部件用RTM技术 多功能零部件可采用RTM一体化以满足不 同要求 固定部分的织物重量和取向使得功能和成本 的最优化 大规模生产要求采用壳式设计
2. 国外CFRP 在汽车上应用
Loutus跑车
研究重点:
功能化连接设计-刚度与强度 −受力处连接设计 −预测分析:静态、动态行为 −性能测试:静态/动态/高温/低温 环境耐久性研究 −通过加速试验预测使用寿命 −原料测试 −乘员舱测试 −整车测试 −腐蚀性能的研究 生产过程控制 −表面处理 −胶接连接工艺 −生产过程中不可控因素 −可追溯性
TB=Trimmed Body(装饰车身)
2. 国外CFRP 在汽车上应用
侧围分9部分,中间采用金属预埋件连接,受到侧方位撞击后修复时可 进行相应的替换,不用整体替换
2. 国外CFRP 在汽车上应用 宝马i3CFRP连接示意图
正面
前围板1 流水槽2 前地板护板3 前地板护板加强件4 胶接+预埋孔+部分机械连接 主体胶接+部分机械连接 胶接 胶接
美国的CFRP在汽车上应用 规划认为在汽车上用的碳纤维 TS:2750MPa TM:180GPa
1. 碳纤维产业简介
2014年主要碳纤维生产厂商产品报价 厂家 东邦 三菱 东丽 型号 HTS40-12K STS40-24K TR50S TR330(50K) T700SC-12K T800H-12K TC36-12K 台塑 TC35-24K TC35-48K A42-12K AKSA A42-24K A42-48K(50K) 报价(美元) 19 18 19 19 22 120-140 17 15 15 15 14 13
车灯的无缝连接 成本最优下的轻量化 碰撞安全保护 后备箱盖刚度 内外板胶接,中间铝合金
整车重量为1195kg(雪佛兰Volt为1700Kg), 车身骨架为150Kg 车身刚度为1100MPa 续航里程:130-160Km(Volt为62Km)
2. 国外CFRP 在汽车上应用
生产周期缩短50% 固化时间<10min 零部件为130多(仅白车身) 胶接长度达到173m 100%自动化Leabharlann Baidu产 噪音减少50%
3. 我国CFRP 在汽车上应用需解决的难点
从中间材料商到设计开发产业

− 大部分树脂体系不能满足快速(节拍)固化成型的需要 − 大丝束和大可中比预浸料等低成本材料尚未形成大规模化应用 − 设计、分析和仿真用材料数据非常少
3. 我国CFRP 在汽车上应用需解决的难点
从碳纤维产业到中间材料产业

− 应用目标未细分,产品定位趋同化 − 性能以国外产品性能为依据,未考虑具体应用需求 − 标准级碳纤维快速纺丝和碳化技术尚未突破,综合成本高 − 高级别碳纤维大批量生产技术有待验证 − 产能过剩,开工不足 − 国外产品低价竞争
相关文档
最新文档