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碳纤维增强复合材料颠覆汽车制造

来源:中国科技网   2014-11-11 10:27:26   点击:

导读: CFRP,即碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)的缩写。使用CFRP骨架带来的好处不仅仅是轻量化,还颠覆了原有的汽车制造方法和材料采购。

CFRP材料的特点是轻质高强,例如F1赛车、军用直升机等很多部件都用这种材料制成。如今,许多汽车制造商开始将这种材料应用于汽车的生产当中。使用CFRP骨架带来的好处不仅仅是轻量化,还颠覆了原有的汽车制造方法和材料采购。

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(图为利用CFRP材料制造的汽车)

当前,在CFRP应用领域领跑全球的是德国宝马公司。该公司为纯电动汽车“i3”选择了热硬化性CFRP作为骨架材料。i3的基本构造是利用热硬化性CFRP制造上半部分的骨架,使其与铝合金底盘合为一体。与钢铁质地相比,这种基本构造实现的轻量化效果高达350公斤。

宝马公司的战略,是从一开始就掌控上游材料即碳纤维的供应。它与德国的碳制品厂商西格里集团合资,涉足碳纤维生产领域。之后,其合资伙伴西格里集团为了确保碳纤维原料——聚丙烯腈纤维的采购,又与三菱丽阳成立了合资公司。这样,宝马就保证了自己碳纤维的供应。宝马碳纤维工厂的年产能为9000吨,相当于2013年全球碳纤维需求的2成以上,这就避免了从外部采购可能遭遇的供货不足。

宝马公司的碳纤维在被依次加工成中间基材层压板、预成型坯后,运往宝马的兰茨胡特工厂和莱比锡工厂,通过RTM法制成部件。RTM是把制成产品形状的碳纤维预成型坯放入加热后的模具内,在封闭模具的同时填充环氧树脂进行硬化的成型方法。采用高速注射树脂的方法,宝马的部件成型周期约为10分钟。

通过上述方法制造的CFRP部件在每辆i3中约有150个,仅为钢制框架部件数量的三分之一。这些部件随后被连接到一起组装成骨架。通常的车体组装,是以点焊为主流,而CFRP骨架完全不用焊接的方法,而是使用胶粘剂——部件搬运、涂抹粘合剂、接合和组装全部由车体生产车间内配置的大量机器人全自动完成。机器人按照标准的剂量,在要接合的部件上涂抹胶粘剂,部件之间在接合时隔开1.5mm的缝隙(胶粘剂填满该缝隙)。这意味着车体组装线的基本构成从根本发生了改变。

 

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