碳纤维增强复合材料在新能源汽车上的应用形式及进展

2019-11-08 06:01:33 粘接 2019年9期

孙延

摘要:近几年来,伴随着全球环保意识的不断增强,和我国时代的不断进步,以及科学经济的不断发展,使得人们生活日益提高,高科技新材料不断涌现,致使越来越多的人开始追求舒适,时尚以及全球环保意识的改变,其中要以新能源汽车材料最为突出。文章将对新能源汽车的碳纤维增强复合材料进行详细分析,并在此基础上对其应用形式及发展进行阐述。

关键词:碳纤维增强复合材料;新能源汽车;应用

中图分类号:T0342+.742 文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2019)09-0071-03

现阶段,汽车已经几乎进入到每个百姓的生活中,成为人们日常生活中必不可缺的生活用品,尤其是给人们的生活、出行等方面提供了非常大的便利条件,但是,其在带来方便的同时,也面临着资源和环保等新问题。因此,针对汽车这种新问题,汽车制造商及有关专家普遍认为,发展电动汽车也就是新能源汽车是大趋势,势在必行。换句话说,在汽车未来发展趋势中新能源汽车将是重中之中,传统汽车制造企业应该把重心转移到新能源汽车方面,并重点研发制造新能源汽车的材料。

1碳纤维增强复合材料在新能源汽车上的出现

目前,中国的新能源汽车已经发展到一定程度,可是新能源汽车的电池密度、能量输出等技术还有很多不足,这就使新能源汽车的实际里航得不到提高,不能足够满足人们的需求。我国如今的市场,微型乘用车相对较多,但是在紧凑型方面,尤其是紧凑型以上汽车方面,还远远比不上外资汽车企业的技术,所以想要在紧凑型及以上汽车扩大规模,仍需提高技术,并还有很多方面需要再增强。在新能源汽车中,汽车的自身重要其实也是影响新能源汽车里航的重要因素,所以除了在研究电池、发动机等方面要加强提高之外,新能源汽车车身自身重量方面也需要加强重视研究。而如今,碳纤维增强树脂基复合材料(简称CFRP)在新能源材料中比较受欢迎,因为这种材料强度硬、耐磨性高、抗震性好,基于以上优势,使得这种材料越来越收到新能源汽车企业的青睐。

2碳纤维增强复合材料在新能源汽车上的应用情况

2.1碳纤维增强复合材料在新能源汽车车身上的应用

如今,在全球新能源汽车领域,碳纤维增强复合材料应用已经十分广泛,尤其是在西方新能源汽车企业。如:现阶段,外国的新能源汽车企业,已经把研究碳纤维车身技术运用到汽车制造,开始把其从实验室拿出,并大量应用到新能源汽车的制造上。其中,最为突出的即为雷克萨斯的碳纤维增强复合材料研发团队。该团队已经研发了碳纤维增强复合材料的生产技术,将65%的碳纤维增强塑料和35%的铝合金材料集合在一起,用于车身的制造,制造出的车身优势明显,其材料制造的车身比一般的铝制车身要轻将近100kg,而且硬度效果更好。与此同时,宝马公司于在2011年的时候,就已经推出Hommage全新概念车,这种车也是运用轻量化碳纤维增强复合材料,车的全部重量只有780kg。可以说,从目前的趋势上看,今后碳纤维技术在新能源汽车领域的运用还会更多。而且,随着碳纤维增强复合材料不断研发,其以后将不光用于新能源汽车的车身制造,还将用于其他地方制造,如:目前,已经有一些碳纤维增强复合材料的研发团队,研发出了碳纤维增强复合材料制造的新能源车底盘,其应用碳纤维增强复合材料制造的车底盘,可以提高汽车底盘的某些优势。除此之外还有许多碳纤维增强复合材料在新能源汽车的应用。总的来说,碳纤维增强复合材料成为以后新能源制造的全新高科技材料,汽车应用其材料可以在碰撞时吸收更高的能量,大大提高了车的硬度。并可降低汽车总体重量,如用该材料制造的车身重要不超过850kg,而且包括了240kg的电池包。其不但降低了车身的重量,更提高了汽车的安全系数,大大提高了汽车的综合性能,由此可以看出碳纤维增强复合材料在新能源汽車方面的作用。

2.2碳纤维增强复合材料在新能源汽车轮毂上的应用

在新能源汽车中,汽车的轮毂不但在承受着全部车身的重量。而且还起着传递驱动和扭矩的重要作用,所以轮毂是保障汽车行驶安全最安全的重要部分。任何一辆汽车对轮载的质量都有着很高的要求标准。新能源汽车轮毂必须保证较高的强度和抗冲击性,而且耐热、导热的要求都很高,还要有好的耐久性和安全性。碳纤维增强复合材料在这些方面都有着先天的优势,它的力学性能、耐热性和耐久性都很强,完全可以在汽车制造中代替金属材料。另外,碳纤维增强复合材料提高新能源汽车的启动、停止、转向速度。

3碳纤维增强复合材料在新能源汽车上应用的新进展

汽车是人们目前工作生活中不可缺少的工具,而新能源汽车则是随着时代发展不断演变的新产物,承载着新时代发展的需求,因此,人们对于新能源汽车的综合性能要求越来越高。近几年来,随着低碳环保意识、高新技术的不断发展,尤其是当前汽车轻量化的发展环境中,碳纤维复合材料(cFRP)凭借其超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等特性,成为了当下新能源汽车产业的原材料首选,在新能源汽车上的应用日渐普及。因此,就目前来看,新能源汽车工业为了增强汽车综合性能、轻化汽车重量,还会应用多种碳纤维增强复合材料,如:碳纤维增强树脂基复合材料、玻璃纤维复合材料、磺纤维复合材料替代金属材料。在以后制造新能源汽车结构件和覆盖件的时候,使用碳纤维复合材料,可以将汽车的重量降70%左右。与此同时,碳纤维的成本也是新能源汽车制造企业青睐的一方面,也正因为如此,越来越多的新能源汽车制造企业,都在制造汽车的时候应用到碳纤维增强复合材料,包括很多高档的汽车如奔驰,宝马、奥迪、福特、大众。本田、日产等,这些新能源汽车制造商都在尝试或是已经开始使用各种碳纤维增强复合材料。所以,在未来,新能源汽车制造企业在应用碳纤维增强复合材料方面,会更加地多,范围会更广。

3.1碳纤维增强树脂基复合材料

碳纤维增强树脂基复合材料(cFRP)具有材料强度硬、耐磨性高、抗震性好,等多种特点,并基于以上优势,使得这种材料越来越收到新能源汽车企业的青睐,应用范畴最大。2007年的时候,美国福特公司做了相关的研究,证明CFRP在新能源汽车制造方面的可行性,研究报告指出,相对以往,CFRP的加工费用降低60%;相比焊接技术,粘接费减少25%.40%。并且CFRP制造出的汽车结构件韧性和抗冲击性都很强。更能通过研究开发出新的优势l生能。

与此同时,CFRP从基本性质上来看有热塑性和热固性两大类,目前,运用比较多的是CFRP热固性材料,尤其在美国和德国的新能源汽车企业关于汽车零部件的制造中,片状模塑料(SMC)的运用非常广泛。所以,从以后的前景来看,新能源汽车的制造会更喜欢易回收,而且环保性较好的的热塑性复合材料,而碳纤维增强树脂基复合材料则就符合这一标准。

3.2碳纤维增强陶瓷基复合材料

碳纤维增强陶瓷基复合材料属于化学合成材料,是由多种化学物质通过一系列的加工,同时及各种化学反应和制造。这种材料耐高温,耐腐蚀,硬度高和耐磨损,强度和韧性更好,所以目前的运用领域很多。目前在新能源汽车制造等领域就已经大量应用,比如:汽车刹车片、离合器零件等。因此,在从今后趋势上看,还会大量的应用。其中,在新能源汽车发动机的制造上,使用结构陶瓷替代金属材料,重量会大大降低,不但节能,而且环保性更强。但是因为陶瓷加工的时候难度较高,脆性高、容易裂,加上成本比较高。所以应用不是很广泛。

3.3碳纤维增强金属基复合材料

这些年来,新能源汽车制造行业在大量地应用碳纤维增强金属基复合材料。从碳纤维增强金属基复合材料的性能上看,具有以下优点,如:强度高、比模量高等同时,它可以降低金属的膨胀度,在目前的新能源汽车制造业中,在零部件的制造中应用较广泛。因此,在新能源汽车制造方面,金属基复合材料主要用于强度大的零件,这样可以降低车身重量,减少汽车耗能。在二十世纪七十年代的时候,曾有汽车制造企业用碳纤维复合材料制造车身、车架等,制造出的汽车车身整体减重33%,油耗降低将近一半儿,而且振动性也大大降低。所以,在以后碳纤维增强金属基复合材料必将还会被广泛应用。

3.4C/C复合材料

C/C复合材料有着很好的高温力学性,通过实验证明,在高达2000%以上的温度下,强度仍然不变,再有就是这种材料的韧性很好。C/C复合制动材料比钢制动材料的优点更多,比如:密度低、热容大、高温强度高,制动效果更好,使用寿命长等。同时,因为随着人们对新能源汽车的要求一般包括两方面,一是安全系数,二是舒适程度,所以c/C复合材料在未来会被广泛应用。有利即有弊,在c/C复合材料中除了前面的优点也有一点弊端,如C/C复合材料最早的时候用于F1赛车、豪华车及高档车的刹车和离合器构件。但是由于c/C复合材料的成本比较高,所以在推广起来存在难度。因此,在未来要是能降低价格,那么c/C复合材料肯定会替代石墨,成为新技术应用的材料。

4碳纤维增强复合材料与未来新能源汽车

目前,由于碳纤维价格昂贵,限制了碳纤维增强复合材料在新能源汽车制造业的应用。另外,因为碳纤维增强复合材料本身存在的缺陷,如:规模小、质量差等问题。所以,要增强碳纤维增强复合材料在新能源汽车制造业上的大量运用,第一,要降低价格。随着其他材料的大力发展,碳纤维增强复合材料一定会广泛代替现在的汽车材料。第二,加强碳纤维增强复合材料应用的研究创新,要提高碳纤维增强复合材料的工艺性、性能指标和质量控制、碳纤维增强复合材料的补充技术等。最后,一定要广泛应用碳纤维增强复合材料。不要单单依靠研发团队,还要汽车制造业以及材料工业方面增加投人与研究。

5结语

碳纤维增强复合材料在减轻新能源汽车的车身重量上有着很大的潜力和优势,其材料密度、强度,比模量等综合性特点,更是别的材料无法比较的?因此,在今后的发展中,新能源汽车制造企业在应用碳纤维增强复合材料方面,会更加地多,范围会更广,同时,碳纤维增强复合材料也将隨着科技发展,更深层次应用与新能源汽车之中,成为新能源汽车制造中至关重要的材料。而新能源汽车碳纤维轻量化的全新时代也将由此到来。