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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 不斷拓展的復(fù)合材料應(yīng)用 [打印本頁(yè)]

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作者: 寂靜天花板    時(shí)間: 2015-11-19 19:54
標(biāo)題: 不斷拓展的復(fù)合材料應(yīng)用
據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司Lux Research的報(bào)告，汽車上復(fù)合材料用量到2020年將達(dá)到60億美元,，雖然汽車行業(yè)對(duì)成本的要求較嚴(yán)格,，但是這樣阻止不了其發(fā)展的態(tài)勢(shì)，屆時(shí),，汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)該材料的用量將超過(guò)航空制造業(yè),。

9 \2 y. t5 z4 l( E4 W; ?4 E“汽車行業(yè)對(duì)復(fù)合材料的一些主流應(yīng)用將提升該材料的用量，使其他行業(yè)對(duì)復(fù)合材料的需求顯得微不足道,，不過(guò),，想從這中間分一杯羹的公司要在市場(chǎng)拐點(diǎn)來(lái)到之前就找到自身的定位，否則將要付出巨大的代價(jià)進(jìn)行收購(gòu)兼并,，”該報(bào)告指出,。
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鑒于此，碳纖維供應(yīng)商——東麗旗下美國(guó)卓爾泰克公司（Zoltek）計(jì)劃從2016年4月開始將其位于墨西哥Jalisco州的工廠年產(chǎn)能提升一倍至4535 噸,。該工廠與另外一家位于匈牙利的工廠生產(chǎn)大絲束纖維,。據(jù)該公司稱，隨著汽車結(jié)構(gòu)件對(duì)大絲束纖維需求的不斷提升,，到2016年初,，市場(chǎng)將出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。大絲束纖維擁有超過(guò)4萬(wàn)根纖維絲,，適用于制造汽車增強(qiáng)部件,。
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為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的需求，卓爾泰克稱其到2020年將大幅提升目前大絲束纖維的年產(chǎn)量,，在目前11800噸的基礎(chǔ)上翻番,。的確，從今年的法蘭克福車展上也可看出碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用逐漸拓展到新的領(lǐng)域,，比如新寶馬7系鋼制一體式車身采用的結(jié)構(gòu)型加強(qiáng)件,。寶馬公司的碳纖維由其旗下子公司——西格里集團(tuán)提供,。“我們的碳纖維產(chǎn)品在新一代寶馬7系上的應(yīng)用是碳纖維材料在汽車工業(yè)中實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量應(yīng)用的又一個(gè)里程碑,，”西格里集團(tuán)CEO Jürgen K&ouml;hler 說(shuō)道,。

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' F; p( e* T( G蘭博基尼在其Aventador 車型的儀表盤包圍上采用了鍛造復(fù)合材料技術(shù)，不僅降低了重量還提供了獨(dú)特的外觀感受,。
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. f9 D! D( m; `! {K&ouml;hler也贊同Lux Research公司持有的要占據(jù)市場(chǎng)先機(jī)的觀點(diǎn),。“該計(jì)劃進(jìn)一步突出了碳纖維在汽車行業(yè)中的巨大潛力,，同時(shí)也表明了西格里集團(tuán)對(duì)整個(gè)價(jià)值鏈的長(zhǎng)期投入開始得到回報(bào),，”他說(shuō)道。

短切纖維的靈活性
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6 F: H( u: s" u' t. Q/ ]1 I2 y! N  _& _法蘭克福車展的另一個(gè)碳纖維應(yīng)用亮點(diǎn)是蘭博基尼公司在Aventador Super Veloce Roadster跑車上采用的鍛造復(fù)合材料零部件,。蘭博基尼研發(fā)總監(jiān)Maurizio Reggiani在現(xiàn)場(chǎng)介紹了鍛造碳纖維在這款車上的應(yīng)用,，比如儀表板包圍，并表示這是一項(xiàng)全新的應(yīng)用,。
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他指出,，鍛造復(fù)合材料采用短切纖維，而不是預(yù)浸漬織物,，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在成本和易成形方面,。“采用的是低壓真空工藝,，而不是高壓，”Reggiani說(shuō)道,。
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* ~) c( D, o' g' o道奇Viper 車型的減震支架采用了碳纖維材料,，不僅強(qiáng)度更高，重量也更輕,。

9 ]; A9 j" g8 B  @$ ?/ _% \鍛造復(fù)合材料相對(duì)較重,，而且沒(méi)有傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度高，但是其成本低,，且靈活性高,。但是這并不意味著這種材料更差，只不過(guò)工藝不同而已,。Reggiani稱,，在某些方面，這種材料還有其優(yōu)勢(shì),。比如說(shuō),，纖維的隨機(jī)分布讓每個(gè)部件的外觀都不同�,！霸谀承┣闆r下,，其所實(shí)現(xiàn)的外觀還是非常有特色的。”

此外,，對(duì)于復(fù)合材料來(lái)說(shuō)還有一個(gè)鉆孔裝配的問(wèn)題,。在傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料部件上鉆孔會(huì)切斷絲束，影響部件的強(qiáng)度,。而對(duì)于短切纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料來(lái)說(shuō),，這個(gè)問(wèn)題就不復(fù)存在。
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隨著蘭博基尼在鍛造復(fù)合材料技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,，該公司還在逐漸縮小鍛造復(fù)合材料和傳統(tǒng)復(fù)合材料在重量方面的差距,。“通過(guò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化,，這兩種材料在重量上也越來(lái)越接近了,，”他指出。

為什么一定要采用段造型復(fù)合材料,？因?yàn)檫@種材料的生產(chǎn)周期大大短于傳統(tǒng)復(fù)合材料,。他說(shuō)道：“如果采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)一個(gè)部件需要100個(gè)小時(shí)的話，采用鍛造的方式生產(chǎn)的部件只需要8個(gè)小時(shí),�,！�
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% e# L% l2 o8 [傳統(tǒng)工藝的進(jìn)步
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傳統(tǒng)碳纖維材料的成本也在下降。據(jù)菲亞特- 克萊斯勒汽車Viper項(xiàng)目經(jīng)理Mike Shinedling稱,，碳纖維曾經(jīng)的價(jià)格為每磅50美金,，今天克萊斯供應(yīng)商Plasan Composites公司采用的東邦碳纖維的成本僅為8美元/磅。
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他解釋道,，隨著時(shí)間的發(fā)展,，Viper車型已經(jīng)從當(dāng)初零碳纖維用量到今天大部分車身都采用碳纖維制作。該車型第二代車型尾翼采用了碳纖維,，第三代在車門框架上和第三代A柱區(qū)域又增加了碳纖維加強(qiáng)筋,。到第五代車型時(shí)，大多數(shù)外車身都采用了碳纖維,。碳纖維的使用讓現(xiàn)在的車型比第一代車型在重量上得到了大大減輕,。
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: d8 j5 N/ F2 i+ I6 u科思創(chuàng)Baypreg 行李箱地板具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì),。

( {/ ?5 J  t2 X( ]“其他同時(shí)期的車型在重量上都在逐漸增加,，”Shinedling指出。大約45-55kg的重量減輕都?xì)w功于碳纖維材料的使用,。
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5 b3 z3 O2 |0 c' s8 u% L3 u碳纖維車身不僅幫助降低了重量,，它還為一些部件提供了額外的強(qiáng)度，比如尾翼和前擾流板,，這些部件在車輛高速行駛時(shí)為車型施加了非常大的力,。
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相對(duì)通過(guò)傳統(tǒng)熱壓罐方式生產(chǎn)碳纖維部件所花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)說(shuō),，Shinedling也傾向于選擇生產(chǎn)周期更短的工藝。但是對(duì)于像Viper這樣低產(chǎn)量的車型來(lái)說(shuō),，這些工藝需要制作的模具所帶來(lái)的成本似乎也不合理,。

* ^. u1 J* W0 C$ `* E“我們也在努力縮短周期時(shí)間，但是這是模具成本和單件成本之間的平衡,，”他說(shuō)道,。
9 m; y+ w1 N" d9 `5 U
/ ~: T. F- S8 A' H不過(guò)未來(lái)的項(xiàng)目或許會(huì)考慮周期時(shí)間的問(wèn)題，而且Viper項(xiàng)目組所積累的材料經(jīng)驗(yàn)對(duì)克萊斯勒嘗試其他可能的工藝時(shí)將起到非常關(guān)鍵的作用,。
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- p, j+ \5 D8 d“這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的測(cè)試和試驗(yàn)的機(jī)會(huì),，當(dāng)時(shí)機(jī)到了的時(shí)候我們就可以將其應(yīng)用到其他車型，”他說(shuō)道,�,！拔艺J(rèn)為有這樣一款車型讓我們也有機(jī)會(huì)建立了一個(gè)核心的團(tuán)隊(duì)。他們隨時(shí)都可以參與到其他項(xiàng)目中,，而這些項(xiàng)目很可能是一些產(chǎn)量較高的車型,。”
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復(fù)合材料三明治

科思創(chuàng)（前拜耳材料）專家指出,，汽車內(nèi)部還有很多減重的機(jī)會(huì),，這可以通過(guò)他們的材料比如Baypreg來(lái)獲得。這是一種復(fù)合材料蜂窩三明治玻纖氈夾層結(jié)構(gòu)材料,，可以用于車頂或行李箱地板中,。
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0 B( ~: y4 W3 G* {- \“OEM客戶最關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題就是重量，”科思創(chuàng)工業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理Nate Goshen說(shuō)道,�,！叭绻�你能夠減去30-50% 的重量，他們就感興趣了,。”
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* z1 d7 L$ [( K% V* ?3 ]此外,，汽車的一些把手或其他附件可以通過(guò)設(shè)計(jì)整合到一個(gè)部件上,，這樣就減少了零部件的數(shù)量，同時(shí)節(jié)省了組裝的工時(shí),。
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Baypreg材料有許多可變參數(shù),，比如蜂窩的厚度、樹脂的化學(xué)性以及纖維玻璃夾層的重量等都可以通過(guò)改變來(lái)滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)部件厚度,、重量以及強(qiáng)度的不同需求,。

“你可以對(duì)材料的化學(xué)性進(jìn)行調(diào)整，”Goshen說(shuō)道,。此外,，這種材料是熱固性的,，因此在加工中是不會(huì)收到熱量的影響而產(chǎn)生分解的現(xiàn)象。
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復(fù)合材料的應(yīng)用正在逐漸滲透到汽車的各個(gè)部件中,，包括結(jié)構(gòu)件和外觀件,，這也不難看出為什么這個(gè)市場(chǎng)將迎來(lái)強(qiáng)勁的發(fā)展。
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作者: 天天天藍(lán)_    時(shí)間: 2015-11-19 22:49
替代鋼鐵的新型材料正在浮現(xiàn),，我希望快一點(diǎn)

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