Резюме Преимуществами композитов из углеродного волокна (CFC) в автомобильной конструкции являются высокая жесткость@ высокая удельная прочность (отношение прочности к весу)@ отличная усталостная выносливость@ коррозионная стойкость@ в целом хорошая ударопрочность@ и гибкость конструкции, которая позволяет им быть адаптированы к требованиям дизайна. Композиты также способствуют уменьшению количества деталей за счет уменьшения количества узлов и крепежных элементов. Замена металла на ХФУ может обеспечить значительное снижение веса, что становится особенно важным в современном обществе, которое сталкивается с высокими ценами на топливо и гораздо более строгими стандартами выбросов. Помимо легковых автомобилей, большегрузные грузовики и военная техника также изучают возможность использования компонентов CFC для обеспечения большей экономии топлива и/или увеличения полезной нагрузки. К сожалению@ ХФУ также имеют заметные недостатки@, включая относительно высокие затраты на материалы и изготовление@ плохие свойства при сжатии и сдвиге@ и необходимость использования методов неразрушающего контроля для обнаружения дефектов или повреждений. Основными факторами в автомобильной промышленности, определяющими разработку волокон и смол, являются стоимость, производительность, время отверждения и метод обработки. В 2010 и 2011 годах наблюдалось невероятное сотрудничество и партнерство между компаниями, работающими на разных этапах потока создания ценности, с целью быстрее вывести на рынок новые материалы и технологии обработки. Углеродные волокна и матричные смолы@ и их разработки@ не являются независимыми от других аспектов производства композитного компонента из углеродного волокна@ и не обязательно независимы друг от друга. Различные смолы обрабатываются по-разному в зависимости от времени, температуры и давления, необходимых для смачивания и уплотнения волокон. Кроме того, различные конструкции из волокна и смолы требуют разных методов обработки. Выбор подходящего волокна@ смолы@ и конструкции для конкретного применения требует знания не только свойств волокна и смолы@, но также и метода производства. Метод изготовления влияет на конструкцию и конечные свойства композита, а качество поверхности готовой детали (класс А или не класс А) и объемы производства, в свою очередь, определяют, какие методы производства являются технически и экономически целесообразными. Необходимо также учитывать коммерческую конкурентоспособность по сравнению с другими материалами в отношении вопросов установки, технического обслуживания и жизненного цикла транспортных средств. Обычно существует несколько способов изготовления автомобильных деталей из композитного углеродного волокна, и для принятия наилучшего решения необходимо учитывать все факторы. И аэрокосмическая, и автомобильная промышленность вносят изменения в технологию композитов из углеродного волокна для производства компонентов, которые имеют более низкую стоимость материала и целевую производительность. Эти разработки, в свою очередь, приведут к некоторым изменениям в производственных процессах. Например, @ изменения температур обработки могут привести к изменениям в материалах инструментов и источниках тепла @, а изменения в композитной конструкции могут привести к изменениям в обращении с материалами во время производства компонентов. Такие будущие достижения, обусловленные улучшением сырья и конструкции, будут дополняться достижениями, обусловленными непосредственно производственным процессом, для улучшения таких областей, как время цикла обработки детали и энергоэффективность. Одним из наиболее сложных аспектов внедрения компонентов CFC в конструкцию автомобиля является их крепление к остальной части автомобиля. Обычно это требует механической обработки и соединения@, что должно выполняться таким образом, чтобы максимально сохранить механические свойства компонента CFC@ обеспечить прочное и долговечное соединение@ является экономически эффективным@ и соответствует процессу сборки OEM и производству автомобилей ставка. Автомобильные компании по всему миру сталкиваются с некоторыми сложными энергетическими и экологическими проблемами. В США постановление о средней корпоративной экономии топлива (CAFE) 2010 года, которое увеличило экономию топлива с 27 до 35 миль на галлон к 2016 году, уже привело к согласованным усилиям по внедрению большего количества облегченных материалов@, включая ХФУ@, в конструкцию транспортных средств. Необходимо разработать средства переработки ХФУ и других облегченных материалов, чтобы поддерживать текущий уровень возможности вторичной переработки транспортных средств, изготовленных преимущественно из стали. Индустрия переработки ХФУ все еще находится в зачаточном состоянии, а процессы дороги и сложны. Промышленность предъявляет огромные требования@, включая постоянную доступность лома@ соответствующие технологии измельчения@ установленные параметры процесса@ инфраструктуру для сбора материалов@ и стандартизацию свойств вторсырья. Технические и экономические вопросы переработки с использованием ХФУ лучше всего прорабатываются при проектировании транспортных средств, чтобы помочь как в восстановлении материала, так и в потенциальном использовании рециклата обратно в транспортное средство. Внедрение и долговечность компонентов CFC в обычных транспортных средствах зависят от множества технических проблем@, включая сырье@ изготовление@ сборку с другими компонентами (CFC или не CFC)@ и эксплуатационные характеристики автомобиля. Однако@ решение всех технических проблем не гарантирует первое или длительное использование ХФУ в обычных транспортных средствах. Принятие материала также является ключевым моментом ?? принятие ХФУ производителями оригинального оборудования путем включения ХФУ в свой портфель материалов, из которых они могут конструировать основные транспортные средства@, и принятие потребителями в отношении стоимости и производительности на протяжении всего срока службы автомобиля@, что неизбежно включает в себя повреждение и ремонт. Это захватывающее время для композитов из углеродного волокна и автомобильной промышленности. Нынешняя необходимость радикального облегчения автомобильного парка США в ближайшие несколько лет предоставляет ХФУ прекрасную возможность занять видное место в основных транспортных средствах. Их выгодный высокий удельный модуль упругости и прочность могут привести к снижению веса до 60% по сравнению с традиционными стальными конструкциями. Однако@, прежде чем ХФУ обретут известность@, необходимо добиться значительных успехов в снижении относительно высоких затрат на материалы и изготовление@ длительных циклов изготовления деталей@ и медленной сборки/присоединения к другим компонентам автомобиля. Также необходим прогресс в областях обнаружения повреждений, ремонтопригодности, возможности замены и переработки. В объединенных главах этой книги освещается текущая деятельность в области автомобильных композитов из углеродного волокна и ожидаемое направление развития в ближайшие 5-10 лет. Цель состоит в том, чтобы предоставить общий обзор, а не технические трактаты@, готовящие читателя к содержательным дискуссиям с инженерами и техниками по композитам@ поставщиками волокон@ поставщиками смол@ производителями инструментов и оборудования@, а также специалистами по развитию бизнеса и специалистами по жизненному циклу. Возможности композитов из углеродного волокна в автомобильной промышленности многочисленны? и более многообещающим, чем когда-либо прежде в истории автомобиля.
SAE T-124-2011 История
2011SAE T-124-2011 Автомобильные композиты из углеродного волокна: от эволюции к внедрению