SAE T-124-2011
汽车碳纤维复合材料从演变到实施

Automotive Carbon Fiber Composites From Evolution to Implementation

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标准号

SAE T-124-2011

发布

2011年

发布单位

SAE - SAE International

当前最新

SAE T-124-2011

 

 

适用范围

执行摘要 碳纤维复合材料（CFC）在汽车设计中的优点是高刚度@高比强度（强度重量比）@优异的疲劳耐力@耐腐蚀性@总体良好的抗冲击性@以及设计的灵活性，使它们能够根据设计要求进行定制。复合材料还可以通过减少组件和紧固件的数量来减少零件数量。用氟氯化碳代替金属可以显着减轻重量@，这在当今面临高燃料价格和更严格排放标准的社会中变得尤为重要。除了乘用车之外，重型公路卡车和军用车辆也在探索使用 CFC 部件，以实现更好的燃油经济性和/或增加有效载荷。不幸的是@CFC也有明显的缺点@包括相对较高的材料和制造成本@较差的压缩和剪切性能@以及需要无损检测技术来检测缺陷或损坏。汽车行业推动纤维开发和树脂开发的主要因素围绕成本@性能@固化时间@和加工方法。 2010 年和 2011 年，处于价值流不同阶段的公司之间开展了大量的合作和伙伴关系，以更快地将新材料和加工技术推向市场。碳纤维和基体树脂@及其发展@并不独立于制造碳纤维复合材料组件@的其他方面，也不一定彼此独立。不同的树脂在纤维浸湿和固结所需的时间@温度@和压力方面的加工方式不同。此外，不同的纤维树脂结构需要不同的加工方法。为特定应用选择正确的纤维@树脂@和结构不仅需要了解纤维和树脂材料特性@，还需要了解制造方法。制造方法会影响复合材料的结构和最终性能@，而成品零件的表面质量（A 级或非 A 级）和生产量反过来又决定了哪些制造方法在技术上和经济上可行。在车辆安装、维护和生命周期问题方面，还必须考虑与其他材料的商业竞争力。制造碳纤维复合材料汽车零件通常有不止一种方法，应考虑所有因素以做出最佳决定。航空航天和汽车行业正在推动碳纤维复合材料技术的变革，以生产具有更低材料成本和目标性能的部件。这些发展反过来将导致制造工艺的一些发展。例如@加工温度的变化可能导致工具材料和热源的变化@而复合材料结构的变化可能导致组件制造过程中材料处理的变化。由原材料和结构改进驱动的未来进步将与制造工艺直接驱动的进步相结合，以改善零件到零件的循环时间和能源效率等领域。在车辆设计中实施 CFC 组件最具挑战性的方面之一是将它们连接到车辆的其余部分。这通常需要机加工和连接@，其方式必须尽可能保留 CFC 部件的机械性能@提供坚固耐用的接头@具有成本效益@并适合 OEM 装配工艺和车辆生产速度。全球汽车公司都面临着一些具有挑战性的能源和环境问题。在美国，2010 年企业平均燃油经济性 (CAFE) 法规要求到 2016 年将燃油经济性从每加仑 27 英里提高到 35 英里，这已经促使人们共同努力在车辆设计中采用更多轻量化材料@，包括 CFC@。必须开发回收氟氯化碳和其他轻量化材料的方法，以维持目前主要由钢制成的车辆的可回收性水平。 CFC回收行业仍处于起步阶段，流程昂贵且复杂。该行业有着艰巨的要求@包括一致的废料可用性@适当的尺寸减小技术@既定的工艺参数@材料收集的基础设施@以及回收特性的标准化。使用 CFC 进行回收的技术和经济问题最好在车辆设计过程中加以解决，以帮助材料的回收以及将回收物重新应用到车辆中。 CFC 部件在主流车辆中的实施和寿命取决于多种技术问题@，包括原材料@制造@组装到其他（CFC 或非CFC）部件@以及车内性能。然而，解决所有技术问题并不能保证主流车辆首次使用或长期使用氟氯化碳。材料的验收也很关键？原始设备制造商通过将 CFC 纳入其材料组合中来接受 CFC，他们可以使用这些材料来设计主流车辆@，并且消费者在整个车辆生命周期@（不可避免地包括损坏和维修）的成本和性能方面接受 CFC。对于碳纤维复合材料和汽车行业来说，这是一个激动人心的时刻。目前美国车队需要在未来几年内大幅轻量化，这为 CFC 在主流车辆中占据主导地位提供了绝佳的机会。与传统钢设计相比，其具有优越的高比模量和强度，可减轻高达 60% 的重量。然而，在 CFC 发挥作用之前，需要在降低相对较高的材料和制造成本方面取得重大进展，部件之间的循环时间较长，并且需要缓慢地组装/连接到其他车辆部件。在损坏检测@可修复性可替换性@和回收领域也需要取得进展。本书的合并章节重点介绍了当前围绕汽车碳纤维复合材料的活动以及未来 5-10 年的预期发展方向。目的是提供高层次的观点，而不是技术论文@让读者为与复合材料工程师和技术人员@纤维供应商@树脂供应商@工具和设备制造商@以及业务开发和生命周期工作人员进行有意义的讨论做好准备。碳纤维复合材料在汽车应用中的可能性是巨大的？并且比汽车历史上的任何时候都更有前途。

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