सीएफआरपी नई ऊर्जा यात्री वाहनों के हल्के और आर्थिक विश्लेषण के लिए प्रयुक्त होता है

एक समग्र सामग्री बनाने के लिए कार्बन फाइबर आम तौर पर इकोक्सी राल के साथ संयुक्त होता है। इस समग्र सामग्री को उच्च विशिष्ट शक्ति, विशिष्ट मॉड्यूलस, थकान शक्ति, और कार्बन फाइबर के सदमे प्रतिरोध जैसे फायदे की एक श्रृंखला प्राप्त होती है। उसी समय, यह epoxy विरासत में मिलता है। राल फॉर्मूलेशन लचीला और बहुमुखी है, और इसका आवेदन अत्यधिक लक्षित है। एल्यूमीनियम मिश्र धातु संरचनात्मक सदस्यों की तुलना में, कार्बन फाइबर समग्र सामग्रियों का वजन घटाने का प्रभाव 20% से 40% तक पहुंच सकता है। इस्पात धातु घटकों की तुलना में, कार्बन फाइबर समग्र सामग्रियों का वजन घटाने का प्रभाव 60% से 80% तक पहुंच सकता है। कार्बन फाइबर समग्र सामग्रियों का उपयोग यह न केवल समग्र वाहन की गुणवत्ता को कम करता है, बल्कि कुछ हद तक ऑटोमोबाइल विनिर्माण प्रक्रिया को भी प्रभावित करता है और बदलता है।

1 प्रक्रिया प्रकार

कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर (सीएफआरपी) एक प्रबलित चरण और थर्माप्लास्टिक या थर्मोसेटिंग राल सामग्री के रूप में कार्बन फाइबर के एक संयुक्त को संदर्भित करता है। सीएफआरपी समग्र सामग्रियों की विनिर्माण तकनीक में मुख्य रूप से प्रीपेग बनाने और तरल बनाने की प्रक्रिया शामिल है। कार्बन फाइबर प्रबलित बहुलक मैट्रिक्स कंपोजिट्स के प्रक्रिया प्रकारों की तुलना और विश्लेषण तालिका 1 में दिखाए जाते हैं।

2 ऑटोमोटिव असेंबली और असेंबली प्रौद्योगिकी

संयुक्त मोटर वाहन भागों की संयुक्त असेंबली और समग्र भागों और धातु भागों के बीच कनेक्शन एक अनिवार्य समस्या है। समग्र सामग्री एनीसोट्रोपिक है, कम अंतःविषय शक्ति और कम लचीलापन, समग्र सामग्रियों के जोड़ों के डिजाइन और विश्लेषण को धातुओं की तुलना में अधिक जटिल बनाती है। ऑटोमोटिव उद्योग में पारंपरिक धातु भागों के बीच कनेक्शन संयुक्त सामग्रियों के लिए उपयुक्त नहीं है। इसलिए, कनेक्टिंग, जिस तरह से मोटर वाहन समग्र सामग्री जुड़े और तय की जाती है, और उचित विकल्प बनाने के तरीके को समझना और सुधारना महत्वपूर्ण है।

उद्घाटन से टूटने वाले तंतुओं की निरंतरता के कारण, स्थानीय तनाव सांद्रता होती है। समग्र सामग्रियों के जोड़ आमतौर पर पूरी संरचना में सबसे कमजोर लिंक होते हैं। इसलिए, समग्र सामग्रियों के संरचनात्मक डिजाइन में जोड़ों की ताकत सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है। समग्र सामग्रियों को तीन प्रमुख श्रेणियों, अर्थात्, चिपके हुए कनेक्शन, यांत्रिक कनेक्शन, और दोनों के बीच हाइब्रिड कनेक्शन में बांटा गया है। थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट्स के लिए, वेल्डिंग तकनीकें हैं। समग्र सामग्री कनेक्शन प्रौद्योगिकी डिजाइन को विशिष्ट उपयोग शर्तों और घटकों की डिजाइन आवश्यकताओं के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए।

2.1 चिपके हुए कनेक्शन

यांत्रिक कनेक्शन की तुलना में, बॉन्डिंग टेक्नोलॉजी के मुख्य फायदे बिना किसी खुलेपन, कम संरचनात्मक गुणवत्ता, थकान प्रतिरोध, अच्छी कंपन और इन्सुलेशन गुण, चिकनी उपस्थिति, सरल बंधन प्रक्रिया, और कोई इलेक्ट्रोकेमिकल जंग की समस्याओं के कारण तनाव एकाग्रता हैं। हालांकि, बॉन्डिंग टेक्नोलॉजी में कुछ कमियां हैं, जैसे बॉन्डिंग गुणवत्ता का मुश्किल नियंत्रण, बॉन्डिंग ताकत की अपेक्षाकृत बड़ी फैलाव, विश्वसनीय निरीक्षण विधियों की कमी, और बंधन सतहों के सतह उपचार और बंधन पर सख्त आवश्यकताओं। कार्बन फाइबर समग्र शरीर के लिए, बंधन मुख्य कनेक्शन है।

2.2 मैकेनिकल कनेक्शन

यांत्रिक कनेक्शन आम तौर पर rivets और बोल्ट का उपयोग किया जाता है, सबसे अधिक इस्तेमाल किया कनेक्शन है। यांत्रिक कनेक्शन का मुख्य लाभ कनेक्शन की उच्च विश्वसनीयता है, जिसे बार-बार हटाया जा सकता है और रखरखाव या प्रतिस्थापन के दौरान इकट्ठा किया जा सकता है, सतह के उपचार की आवश्यकता नहीं होती है, और पर्यावरण पर अपेक्षाकृत कम प्रभाव पड़ता है। यांत्रिक कनेक्शन का मुख्य नुकसान द्रव्यमान, तनाव एकाग्रता, और धातुओं और कंपोजिट्स के इलेक्ट्रोकेमिकल जंग में वृद्धि है। रिवेट कनेक्शन और बोल्ट कनेक्शन की तुलना चित्रा 1 में दिखाया गया है।

2.3 हाइब्रिड कनेक्शन

कनेक्शन की सुरक्षा और अखंडता में सुधार करने के लिए, कुछ महत्वपूर्ण कनेक्शन साइटों में, बंधन और यांत्रिक कनेक्शन की एक संकर कनेक्शन विधि आमतौर पर एक ही समय में अपनाई जाती है, और दो कनेक्शन विधियों के फायदे पूरी तरह से उपयोग किए जाते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि कनेक्शन साइट में पर्याप्त ताकत और उच्च विश्वसनीयता है।

2.4 वेल्डिंग

वेल्डिंग प्रौद्योगिकी मुख्य रूप से थर्मोप्लास्टिक समग्र भागों पर लागू होती है। मूल सिद्धांत पिघला हुआ थर्माप्लास्टिक समग्र की सतह पर राल को गर्म करना है, और फिर इसे एकीकृत करने के लिए प्रेस को गोद लेना है। वेल्डिंग मुख्य रूप से अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग, बिजली प्रेरण वेल्डिंग और प्रतिरोध वेल्डिंग शामिल हैं। वेल्डिंग के फायदे अच्छे कनेक्शन और छोटे चक्र हैं, कोई सतह उपचार, उच्च कनेक्शन शक्ति, कम तनाव, आदि; अपर्याप्तता को अलग करना मुश्किल होता है और प्रवाहकीय सामग्री या धातु के तारों को जोड़ने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, समग्र संरचनात्मक सदस्य के मोल्डिंग के दौरान, धातु कनेक्टर को फाइबर प्रीफॉर्म में एम्बेड किया जा सकता है, और समग्र सामग्री और धातु एम्बेडेड सदस्य मोल्डिंग के बाद एकीकृत होते हैं, और समग्र भागों को धातु एम्बेडेड सदस्य के माध्यम से जोड़ा जा सकता है मशीनिंग क्षति composites से बचने के लिए।

ऑटोमोटिव के लिए 3 आवेदन फायदे

ऑटोमोटिव सामग्री, जैसे यांत्रिक गुण, हल्के वजन, सामग्री स्थिरता, सामग्री डिजाइन योग्यता, और प्रक्रियाशीलता का चयन करते समय विचार करने के लिए कई कारक हैं। इन कारकों में से प्रत्येक के डिजाइन, उत्पादन, बिक्री, और ऑटोमोबाइल के उपयोग पर एक गैर-नगण्य प्रभाव होगा। हाल के वर्षों में, कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर (सीएफआरपी) अपनी अनूठी प्रदर्शन विशेषताओं के कारण ध्यान आकर्षित करने वाली एक नई मोटर वाहन सामग्री बन गई है। अन्य मोटर वाहन सामग्रियों की तुलना में, कार्बन फाइबर प्रबलित बहुलक मैट्रिक्स कंपोजिट्स के निम्नलिखित फायदे हैं।

3.1 उत्कृष्ट यांत्रिक गुण

वाहनों के लिए कार्बन फाइबर प्रबलित राल मैट्रिक्स कंपोजिट्स (सीएफआरपी) का घनत्व 1.5 से 2 जी / सेमी 3 है, जो सामान्य कार्बन स्टील के 1/4 से 1/5 है, और एल्यूमीनियम मिश्र धातु से लगभग 1/3 हल्का है, लेकिन कार्बन फाइबर समग्र सामग्री व्यापक यांत्रिक गुण धातु सामग्री से स्पष्ट रूप से बेहतर होते हैं, और इसकी तन्यता ताकत स्टील की 3 से 4 गुना होती है। इस्पात और एल्यूमीनियम की थकान शक्ति 30% से 50% तन्य शक्ति है, और सीएफआरपी 70% से 80% तक पहुंच सकता है। इसके साथ ही, सीएफआरपी में प्रकाश धातुओं की तुलना में बेहतर कंपन नमी की विशेषताएं भी होती हैं, जैसे प्रकाश मिश्र धातु को कंपन को रोकने के लिए 9 एस की आवश्यकता होती है, कार्बन फाइबर समग्र सामग्री 2s को रोका जा सकता है और इसमें उच्च विशिष्ट शक्ति और विशिष्ट मॉड्यूलस होता है।

3.2 डिजाइन करने योग्य

कार्बन फाइबर समग्र सामग्री का डिजाइन मजबूत है, और मैट्रिक्स सामग्री को प्रदर्शन आवश्यकताओं के अनुसार उचित रूप से चुना जा सकता है, फाइबर की व्यवस्था को डिजाइन किया जा सकता है और समग्र सामग्री की संरचना, और उत्पाद डिजाइन को लचीला रूप से किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, बल की दिशा में कार्बन फाइबर की व्यवस्था करके, समग्र सामग्री की ताकत की एनीसोट्रॉपी पूरी तरह से लागू की जा सकती है, जिससे भौतिक बचत और गुणवत्ता में कमी का उद्देश्य प्राप्त हो सकता है। संक्षारण प्रतिरोध की आवश्यकता वाले उत्पादों के लिए, डिजाइन के दौरान अच्छे संक्षारण प्रतिरोध वाले आधार सामग्री का उपयोग किया जा सकता है।

3.3 एकीकृत विनिर्माण प्राप्त कर सकते हैं

मोटर वाहन संरचना में मॉड्यूलरलाइजेशन और एकीकरण भी रुझान हैं। जब समग्र सामग्री बनती है, तो ऑटोमोबाइल भागों और घटकों के एकीकृत उत्पादन को प्राप्त करने के लिए विभिन्न आकारों की घुमावदार सतह बनाना आसान होता है। एकीकृत मोल्डिंग न केवल भागों और मोल्डों की संख्या को कम कर सकती है, घटकों की संख्या और अन्य प्रक्रियाओं को कम कर सकती है, बल्कि उत्पादन चक्र को भी बहुत कम कर सकती है। उदाहरण के लिए, यदि कार का फ्रंट-एंड मॉड्यूल कार्बन फाइबर समग्र सामग्री से बना है, तो इसे एकीकृत वेल्डिंग और धातु भागों के बाद की प्रसंस्करण के कारण स्थानीयकृत तनाव एकाग्रता से बचने के लिए एकीकृत रूप से गठित और एकीकृत किया जा सकता है, जबकि उत्पाद सटीकता को कम करने और प्रदर्शन में सुधार ऑटो भागों को कम करने के दौरान। गुणवत्ता, विनिर्माण लागत को कम करें।

3.4 ऊर्जा अवशोषण और प्रभाव प्रतिरोध

कार्बन फाइबर प्रबलित राल मैट्रिक्स कंपोजिट्स (सीएफआरपी) में विस्कोलोस्टिकिटी की एक निश्चित डिग्री होती है, और कार्बन फाइबर और मैट्रिक्स के बीच मामूली स्थानीय सापेक्ष आंदोलन होता है, जो इंटरफेसियल घर्षण उत्पन्न कर सकता है। Viscoelasticity और interfacial घर्षण के सहकारी प्रभाव के तहत, सीएफआरपी भागों में बेहतर ऊर्जा अवशोषण और प्रभाव प्रतिरोध है। दूसरी तरफ, विशेष रूप से अवशोषित कार्बन फाइबर समग्र उच्च गति वाले टकरावों में छोटे टुकड़ों में दुर्घटनाग्रस्त हो जाता है, बड़ी मात्रा में प्रभाव ऊर्जा को अवशोषित करता है, और इसकी ऊर्जा अवशोषण क्षमता धातु सामग्री की तुलना में 4 से 5 गुना अधिक होती है, जो प्रभावी ढंग से प्रभावी हो सकती है वाहनों में सुधार सुरक्षा, सदस्यों की सुरक्षा की रक्षा करें।

3.5 अच्छा संक्षारण प्रतिरोध

कार्बन फाइबर-प्रबलित बहुलक मैट्रिक्स कंपोजिट मुख्य रूप से कार्बन फाइबर टॉव और राल सामग्री से बना होते हैं, और उत्कृष्ट एसिड और क्षार प्रतिरोध गुण होते हैं। उनमें से बने ऑटो पार्ट्स को कोई सतह एंटीसेप्टिक उपचार की आवश्यकता नहीं होती है, और उनके मौसम प्रतिरोध और बुढ़ापे प्रतिरोध अच्छे होते हैं। उनकी सेवा जीवन अच्छी है। इस्पात के 2 से 3 गुना।

3.6 उच्च तापमान प्रदर्शन

400 डिग्री सेल्सियस से नीचे तापमान पर कार्बन फाइबर का प्रदर्शन बहुत स्थिर रहता है, और 1 000 डिग्री सेल्सियस पर कोई महत्वपूर्ण बदलाव नहीं होता है।

3.7 अच्छी थकान प्रतिरोध

कार्बन फाइबर प्रबलित पदार्थों के फाइबर के कारण थकान दरार प्रसार पर एक अवरोधक प्रभाव पड़ता है, और इसकी थकान प्रतिरोध 70% से 80% तक पहुंच सकता है। कार्बन फाइबर की संरचना स्थिर है। समग्र सामग्री के थकान जीवन के बाद लाखों चक्र हैं, इसकी ताकत प्रतिधारण दर अभी भी 60% है, जबकि इस्पात और एल्यूमीनियम क्रमशः 40% और 30% हैं, और शीसे रेशा केवल 20% से 25% है। इसलिए, कार्बन फाइबर कंपोजिट्स का थकान प्रतिरोध ऑटोमोटिव उद्योग में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयुक्त है।

नई ऊर्जा यात्री वाहनों के लिए 4 आर्थिक विश्लेषण

कार्बन फाइबर के उपयोग के कारण, शरीर को 50% से कम किया जा सकता है। एक उदाहरण के रूप में एक विशिष्ट ए-क्लास वाहन पर 100 किलो वजन घटाना, वाहन की हल्के वजन का महत्व बहुत स्पष्ट है। इसे निम्नलिखित पहलुओं से समझाया जा सकता है: 1 एक स्टेशन के लिए 300 किमी के साथ एक यात्री कार और 45 किलोवाट की चार्जिंग क्षमता के लिए, उसी ड्राइविंग रेंज को 3.6 किलोवाट एच द्वारा घटाया जा सकता है, जैसा कि उद्योग विशेषज्ञ द्वारा गणना की जाती है, "100 किलो प्रति 100 किलो, साथ ही ड्राइविंग रेंज में 8% की वृद्धि।" बैटरी बचत लागत लगभग 0.6 मिलियन युआन है; 2 400,000 किलोमीटर ड्राइविंग का औसत जीवन चक्र और बिजली की लागत की गणना 0.9 युआन / केडब्ल्यू · एच के अनुसार की जाती है। पूरे वाहन की बिजली लागत 400000/100 × 1.2 × 0.9 = 0.43 मिलियन बचा सकती है। 100 किमी 1.2 किलोवाट · एच बिजली बचाता है।) 3 कार्बन फाइबर सामग्रियों के आवेदन के कारण, उदाहरण के रूप में 50,000 वाहनों के उत्पादन पैमाने को लेते हुए, सहेजे गए प्रक्रिया निवेश और उपकरण निवेश को विद्युत वाहनों के आर्थिक समकक्ष में परिवर्तित किया जाता है, और प्रत्येक वाहन है अमूर्तकरण ने लगभग 2,000 युआन बचाया; 4 क्योंकि प्रक्रिया सुव्यवस्थित है, कम से कम 1,000 युआन / ताइवान को बचाने के लिए कर्मियों की लागत होती है।

उपरोक्त आइटम प्रति वाहन 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 13.3 मिलियन युआन की औसत बचत तक सीमित हैं, लेकिन कार्बन फाइबर के परिचय के कारण सामग्री की लागत में वृद्धि को समाप्त करने के लिए ये लागत पर्याप्त नहीं है। यह देखा जा सकता है कि कार्बन फाइबर निकायों के उपयोग में अभी भी बड़ी समस्याएं हैं। यदि आप हल्के शरीर को बढ़ावा देना चाहते हैं, तो आप केवल प्रक्रिया और उपकरणों के इनपुट को कम करने से शुरू कर सकते हैं। उपरोक्त आइटम प्रति वाहन 0.6 + 0.432 + 0.2 + 0.1 = 13.3 मिलियन युआन की औसत बचत तक सीमित हैं, लेकिन कार्बन फाइबर के परिचय के कारण सामग्री की लागत में वृद्धि को समाप्त करने के लिए ये लागत पर्याप्त नहीं है। यह देखा जा सकता है कि कार्बन फाइबर निकायों के उपयोग में अभी भी बड़ी समस्याएं हैं।

यदि आप हल्के शरीर को बढ़ावा देना चाहते हैं, तो आप केवल प्रक्रिया और उपकरणों के इनपुट को कम करने से शुरू कर सकते हैं।

यदि कार कार्बन फाइबर निकायों के बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त करती है, तो कार्बन फाइबर सामग्री की लागत भी बहुत कम हो जाएगी, पूरे उद्योग का प्रभाव काफी बड़ा होगा, और आर्थिक लाभ भी अधिक स्पष्ट हो जाएंगे। ये केवल कार्बन फाइबर विश्लेषण के परिप्रेक्ष्य से हैं, यदि आप 50 किलो वजन के एल्यूमीनियम मिश्र धातु कार शरीर वजन घटाने कारक पर विचार करते हैं, तो इसी तरह के सकारात्मक ढेर के अनुसार, आर्थिक प्रभाव स्वयं स्पष्ट है।

वाहन निकाय के लिए 5 विकास रुझान

कार्बन फाइबर प्रबलित कंपोजिट्स की विशेषताओं को देखते हुए, इस प्रकार की सामग्री मोटर वाहन निर्माताओं द्वारा तेजी से अनुकूल है। यह अनुमान लगाया गया है कि मोटर वाहन क्षेत्र में, कार्बन फाइबर का उपयोग 34% की औसत वार्षिक दर से बढ़ रहा है और 2020 तक 23,000 टन तक पहुंच जाएगा। चित्रा 2 शरीर के काम के लिए कार्बन फाइबर प्रबलित कंपोजिट के विकास के लिए रोडमैप दिखाता है।

वर्तमान में, कार्बन फाइबर प्रबलित कंपोजिट मुख्य रूप से शरीर के पैनलों, शरीर trims, और संरचनात्मक घटकों पर लागू होते हैं। उदाहरण के लिए, बीएमडब्ल्यू ने शरीर संरचनात्मक भागों के निर्माण के लिए विभिन्न मॉडलों के विकास में बड़ी संख्या में कार्बन फाइबर समग्र सामग्रियों का उपयोग किया है। ऑटोमोबाइल विनिर्माण में कार्बन फाइबर समग्र सामग्रियों के उपयोग के लिए यह एक महत्वपूर्ण क्षण बन गया है। साथ ही, बीएमडब्ल्यू ने जर्मनी में एसजीएल के साथ आगे सहयोग किया है, कम लागत वाले कार्बन फाइबर के शोध और विकास में 100 मिलियन यूरो निवेश कर रहे हैं, और बढ़ते बीएमडब्ल्यू को पूरा करने के लिए कार्बन फाइबर उत्पादन प्रति वर्ष 3,000 टन से 9000 टन तक बढ़ा रहा है। -रीरी इलेक्ट्रिक वाहन और अन्य। मॉडल के लिए मांग।

6। निष्कर्ष

संक्षेप में, कार्बन फाइबर-प्रबलित राल मैट्रिक्स कंपोजिट्स (सीएफआरपी) अपने अद्वितीय प्रदर्शन फायदे के साथ भविष्य में नई मोटर वाहन सामग्री के लिए एक महत्वपूर्ण विकास दिशा बन गया है। हालांकि, मोटर वाहन क्षेत्र में इस सामग्री के उपयोग को बढ़ावा देने के लिए, निम्नलिखित पहलुओं से उत्पादन, सीखने और अनुसंधान के सहयोगी अनुसंधान और विकास को शुरू करना आवश्यक है: (1) कम लागत वाले कार्बन फाइबर अग्रदूतों के लिए आगे की खोज; (2) नई कार्बन फाइबर विनिर्माण प्रक्रियाओं का विकास, जैसे अग्रदूत सामग्री के स्थिरीकरण। प्रौद्योगिकी; 3 सीएफआरपी समग्र सामग्रियों के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए कार्बन फाइबर विनिर्माण प्रक्रिया पैरामीटर अनुकूलित करें या नैनो-कार्बन फाइबर का उपयोग करें; 4 तेजी से ठोस प्रभावी मोल्डिंग प्रौद्योगिकी और समग्र सामग्री प्रवाह नियंत्रण प्रौद्योगिकी जैसे तेजी से और प्रभावी सीएफआरपी भागों मोल्डिंग और विनिर्माण प्रौद्योगिकियों का विकास; 5 विभिन्न कार्बन फाइबर समग्र सामग्री का चयन करने और मोल्डिंग प्रक्रिया पैरामीटर अनुकूलित करने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन विश्लेषण प्रौद्योगिकी (सीएई) का उपयोग करें।