汽车轻量化研究.pptx

目目 录录复合材料在乘用车上应用1 1复合材料优势分析与技术发展趋势2 2复合材料应用中技术问题与探讨3 3第1页/共22页在欧盟2000/53/EC指令（ELV）已明确要求，针对M1、N1类车2015年整车回收利用率要达到95%。我国也将在2013年实施的汽车回收利用法规中，要求M1、N1类整车回收利用率85%。我国也将在2013年实施的汽车回收利用法规中，要求M1、N1类整车回收利用率85%。为了满足汽车回收法规要求，乘用车企业普遍采用热塑性复合材料，如玻纤增强的PP、PA材料2014年汽车复合材料应用研讨会第2页/共22页 目前汽车常选用玻纤增强热塑性复合材料，其中以长纤维玻纤复合材料为主。Short Fiber InjectionLGF PPLong FiberInjectionLong FiberCompressionDLFT&GMTContinuousFiberSource:innovation for living composite solutions2014年汽车复合材料应用研讨会第3页/共22页 涉及前端模块、侧门模块、后尾门骨架、备胎舱、座椅骨架、仪表板骨架、顶棚、底护板和发动机罩盖等部件2014年汽车复合材料应用研讨会第4页/共22页目前，国内普遍选用机盖板、保险杠、后备门、传动轴等部件，开展碳纤维应用。选用环氧树脂基材料，以RTM、真空导入等工艺生产的连续碳纤维增强材料。同时，国内外材料企业，正在开发以注塑工艺的PP、PA等热塑性的碳纤维增强材料2014年汽车复合材料应用研讨会第5页/共22页Summary of High Development Body Structure Mass Reductions2014年汽车复合材料应用研讨会第6页/共22页 成型工艺简单，制造成本低。密度小、重量轻、耐腐蚀；耐冲击强度高，吸能性好；设计自由度高、可设计集成；材料易回收，可重复利用；塑料复合材料与金属等其它汽车材料相比具有重量轻、耐腐蚀等优势，符合汽车用材发展趋势。因此，塑料及其复合材料作为轻量化材料在汽车工业中有着非常广阔的应用前景。塑 料 料 的 优 势2014年汽车复合材料应用研讨会第7页/共22页172193.6241.3367.9车身侧围底板横梁横梁车顶碳纤维复合材料碳纤/玻纤复合材料玻纤复合材料钢 塑料复合材料越来越多的用来替代传统金属材料，成为实现汽车轻量化用材主要趋势之一。各种材料车身质量对比2014年汽车复合材料应用研讨会第8页/共22页 复合材料一个重要特点集成性，如下图，选用复合材料代替传统的冲压成型技术，可以将多个零部件集成，以汽车前端模块为例，可将10多个件，集成1个，采用一次性注塑或模压成形。2014年汽车复合材料应用研讨会第9页/共22页英国莲花公司汽车材料用材发展规划与趋势，其中明确了复合材料发展方向。Resourse:An Assessment of Mass Reduction Opportunities for a 2017 2020 Model Year Vehicle Program 2014年汽车复合材料应用研讨会第10页/共22页 德国在国家层面上规划的新能源汽车的多材料路线为（超）高强度钢、镁合金、铝合金、玻纤和碳纤复合材料：资源来自：中国汽车参考（2011年12月）2014年汽车复合材料应用研讨会第11页/共22页2014年汽车复合材料应用研讨会高效、节能、短周期、低成本是复合材料成形技术重要发展方向，经过前期分析，采用在线注塑和在线模压工艺，可将生产周期降低30%以上，成本降低10%以上。第12页/共22页2014年汽车复合材料应用研讨会汽车零部件生产一般流程如下图所示：第13页/共22页1）材料基础数据很不完善，目前，供应商提供的材料数据，仅限于一般的力学性能、环境特性及工艺参数等；2）高速材料性能数据、增强材料与基体材料模型、长/短纤维流动特性及分布的一般规律等基础数据缺失。近年来，国内复合材料发展比较迅速，如杰士杰、俊尔等一大批企业均已开发热塑性复合材料，国内材料企业、高校等机构对应用技术研究还需要进一步完善：2014年汽车复合材料应用研讨会第14页/共22页2014年汽车复合材料应用研讨会考虑因素混30%玻纤的尼龙6混30%玻纤的尼龙6/6单体聚合己内酰胺凝聚己二胺、己二酸回收化学解聚机械回收-非解聚结晶度较低较高对油、燃油、溶剂的耐化学性然而对强酸和苯酚有较差的耐性较差较好耐气体渗透性燃油蒸汽（mg-mm/-天）非常好5极好1熔化温度210-220250-265非晶形4050-60以汽车用进气歧管用复合材料为例，从材料、工艺等方面分析：第15页/共22页2014年汽车复合材料应用研讨会1.8MPa下热变形抗阻200235拉伸强度160-170MPa155-165MPa拉伸模量硬度基本与其一致10GPa略大于10GPa密度g/cm31.361.34-140高耐冲击性基本一致10 KJ/（23）8 KJ/（-40）8 KJ/（23）8 KJ/（-40）吸水性物理特性。潮湿环境下会降低随吸水量大影响增强1.4%较差较好0.8-1.1%较差较好焊接焊接张力爆破压力较好83MPa较高、较好较差70-75MPa较低、较差第16页/共22页纤维材料模型基体材料模型混合材料均匀化各向异性材料模型有限元模型及分析焊接接口散乱分布的玻纤2014年汽车复合材料应用研讨会第17页/共22页复合材料零部件在使用过程中，受到应力场、温度场等复杂工况条件，该环境下材料的服役力学如疲劳性能、蠕变性能等需要系统研究：1）零部件整体的服役性能数据和服役性能评价方法；2）交变条件下复合材料动态特性及其应用技术；3）复杂工况下复合材料/产品的服役行为与失效机理模式；4）材料的老化与失效机理、NVH特性及其控制机理等。2014年汽车复合材料应用研讨会第18页/共22页2014年汽车复合材料应用研讨会第19页/共22页2014年汽车复合材料应用研讨会振动焊接强度与焊接深度的关系该图应为以需求带动，并联合材料供应商，进行深入研究后所提供，用于指导零件设计和生产工艺参数设计最大值为原材料强度75%的原因在于，随机分布的玻纤并不与焊接线垂直，而是与其平行（由焊接时模糊效应产生），导致焊接接口强度差。焊接表面的玻纤热材料降解及晶体区别也会造成强度下降。第20页/共22页谢谢大家！第21页/共22页感谢您的观看。第22页/共22页