新闻资讯-探讨:新能源政策和汽车轻量化材料的种类
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,一、碳纤维复合材料
碳纤维复合材料是一种力性能较好的复合材料,含碳量较高,具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性,比重不到钢的1/4,抗拉强度为钢的7-9倍,疲劳强度也远高于钢。碳纤维复合材料的能量吸收率比其他材料都高,达到了120kJ/kg,比强度、比模量、拉伸模量都较其他复合材料较高。
与铝合金材料相比,碳纤维复合材料减重效果可达到20%-40%,与钢质材料相比,碳纤维复合材料的减重效果甚至可达到60%-80%。碳纤维复合材料的轻量化,使得新能源汽车实现降低油耗、减少排放的目的,将成为未来汽车发展方向。目前碳纤维复合材料还存在一些挑战:(1)整车公司有大量的钢材车身设计和制造经验,但复合材料方面基本处于空白状态,还需与复合材料研发和制造企业合作开发。
(2)前阻碍复合材料产业化运用的一个重要因素是生产效率问题,目前较成熟的环氧类快速热固性树脂最快固化时间为3min以内,即生产节拍为3min/件,而钢板冲压零件的生产节拍是6-20件/min,对于大批量生产的整车工业而言,这是很大的瓶颈。(3)就原材料成本和生产成本而言,得到一个碳纤维复合材料制件是钢材制件的10倍以上,降低成本是碳纤维复合材料产业化的最大挑战。
二、玻璃纤维复合材料
玻璃纤维复合材料中,玻璃纤维虽然强度高,但纤维间松散,形不成坚固形体,与基体材料、增强材料的结合,这样能承受拉力、弯矩及反力,以承担较大的应力和载荷,能有效吸收能量,具有更优异的力学性能。玻璃纤维复合材料密度比金属材料小,比强度又高于金属材料,比模量略差于金属材料,这些优异的性能是符合轻量化要求的。
其设计自由度高,可根据不同的要求设计出复杂的汽车配件。但是在汽车应用上玻璃纤维复合材料存在一些制约因素:(1)玻璃纤维与基体材料性能上的差异导致不易相容,容易脱层,极易造成配件表面不美观。(2)因玻璃纤维在基体中易产生取向不均,增大各材料的收缩差异,降低收缩率,产生翘曲变形,导致构件无法装配。
目前美国研究出新型碳纤维复合材料,其很适用于高速率、成本敏感的成型工艺,新型碳纤维复合材料有良好的织物可成形特性,推动了碳纤维复合的进一步发展,可能降低碳纤维复合材料结构的成本,使其更适合于在汽车车身大批量采用。
三、工程塑料
工程塑料在交通运输、电子电器、医疗、机械建筑等行业应用较多,能承受一定的外力,具有优良的机械性能,质量轻、能减振缓冲并吸收噪音、耐蚀、耐高、耐寒性能,较强的抗拉性能,因其化学性能稳定,更容易成型,尺寸稳定性比较好。其成本低廉、易加工成型,使用时间长,加工更加方便,国家提倡绿色环保和减少排放量,因此工程塑料已逐渐取代传统金属零部件,在汽车上的零部件需求量也是急剧增加。
适用于内饰件的塑料也是工程塑料,不仅有装饰性,也得满足其安全性、耐环境变化、韧性等。车内饰件主要有仪表盘、立柱、车门、座椅等部件。发动机周围件也应用了工程塑料,比如散热器、皮带等,这些需要更好的特性,因此加入一定的增塑剂,来满足长期的耐热、耐磨、高强度低脆性等特性,同时还需便于回收,节约成本。
汽车燃油箱、燃油管等也采用是工程塑料,重量轻、强度高、可塑性好,可根据底盘布置,塑成合适的形状,这样提高底盘空间利用率,同时也会因使用工程塑料,避免一些摩擦碰撞火花的产生,提高了安全性。
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