碳纖維復(fù)合材料在汽車車身上的應(yīng)用及主要制造

一、未來汽車工業(yè)為什么用復(fù)合材料

復(fù)合材料可以減輕車身重量，降低油耗，減少尾氣排放，提高裝載量；其抗沖擊性強，能量吸收能力強，可以非常好地改善汽車的安全性能，F(xiàn)1上大量使用碳纖維，就是一個最好的證明；復(fù)合材料的可設(shè)計性靈活，可視的碳纖維外觀使汽車造型更加美觀時尚；其抗疲勞、耐腐蝕性能好，可以延長車身壽命，這一特點在航空航天領(lǐng)域得到普遍認(rèn)可。

二、 復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用

復(fù)合材料在汽車上主要可應(yīng)用于發(fā)動機罩、翼子板、車頂、行李箱、門板、底盤等結(jié)構(gòu)件中。碳纖維最初主要應(yīng)于賽車當(dāng)中，隨著車用復(fù)合材料技術(shù)地不斷成熟發(fā)展，現(xiàn)在也被廣泛地應(yīng)用于超級跑車和高價值民用轎車上。在商用車應(yīng)用上，也逐漸從重型卡車中，廣泛地延伸到大巴車和輕型小卡。 123456

1、主承載車身結(jié)構(gòu)件

為了確保足夠的安全性能，在主承載車身結(jié)構(gòu)件上汽車廠商通常要選擇強度，剛性及耐沖擊性能均很高的材料用于制作主承力結(jié)構(gòu)件，這時環(huán)氧樹脂碳纖維增強復(fù)合材料就成為理想的材料選擇。

環(huán)氧樹脂碳纖維增強復(fù)合材料具有可設(shè)計性，質(zhì)輕高強，與同體積的鋁合金構(gòu)件相比減重可達50%，耐沖擊，耐腐蝕，抗疲勞, 材料壽命長，此類材料制作的主承載車身結(jié)構(gòu)件，不僅大大提高了汽車的安全性，而且降低了車重，減少了燃油消耗，提高了經(jīng)濟性，另外還改善了美觀性。

2、次承力結(jié)構(gòu)件

次承力結(jié)構(gòu)件主要包括：車門，發(fā)罩，行李艙門，前后杠，翼子板，擾流板等部件，其結(jié)構(gòu)大都為層合實體結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料三明治夾心結(jié)構(gòu)。

三明治結(jié)構(gòu)特點：

蒙皮選用高強度高模量材料制作，承受較大的彎曲負荷；芯材選用一定剛度和強度的低密度材料，其抗剪切性能突出，可承受較大的沖擊載荷；膠結(jié)層將蒙皮和芯材連接在一起，承受剪切應(yīng)力；由于選用低密度芯材，重量會進一步降低。

三、用于制作車身結(jié)構(gòu)的主要制造工藝



1、預(yù)浸料袋壓/熱壓罐(Autoclave)

該工藝是將纖維預(yù)先被樹脂浸潤，制成半固化態(tài)材料，過程中纖維和樹脂含量是可控的，采用手工積層，干法操作，易于施工，環(huán)境友好。成型制品表面精度高，孔隙率低，品質(zhì)高，由于采用熱壓罐加壓固化，層間結(jié)合緊密，機械強度優(yōu)。目前是應(yīng)用最廣泛的工藝，是高端復(fù)合材料必備工藝，其材料需要低溫運輸和儲存。

工藝流程：根據(jù)鋪層設(shè)計和工藝規(guī)范在模具上手工逐層干法鋪貼；制袋密封，使其內(nèi)部處于真空并產(chǎn)生負壓，消除氣泡；送入熱壓罐，在一定的溫度、壓力、時間下固化成型。

2、樹脂傳遞模塑(RTM)

該工藝是將纖維經(jīng)預(yù)成型，預(yù)編織處理，纖維鋪放可設(shè)計，制品受力合理。預(yù)成型纖維體預(yù)先鋪放在模具型腔內(nèi)，合模后通過設(shè)備用壓力將樹脂注入模腔，浸潤纖維，固化成型，閉模操作，不污染環(huán)境，采用多模，多工位機械注射模式，生產(chǎn)效率高。需要樹脂灌注設(shè)備及多套模具，適于中等至大批量生產(chǎn)方式，制品雙面光，尺寸精度高，可做結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件及鑲件。

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3、真空灌注/固化爐(Infusion)

在該工藝中，樹脂在真空負壓的作用下，被吸入型腔，浸潤纖維，比手糊樹脂用量可減少20%，可精確控制制品的含膠量，產(chǎn)品性能得到改善,如無氣泡, 孔隙率降低，力學(xué)性能得到保證, 厚度均勻,重量輕等。均勻施壓, 產(chǎn)品性能一致，加快積層速率,提高生產(chǎn)效率，特別適于制作底盤，頂板，門板，發(fā)罩等部件。產(chǎn)品在封閉狀態(tài)下成型, 減少揮發(fā)物對人體的傷害，降低勞動量及勞動強度。