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热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)在汽车行业的革新应用与未来趋势

发表时间:2024-04-17 15:05:02  作者:碳纤维作者 阅读数:134

  在环保意识全球化勃兴的时代大潮中,汽车行业的节能减排已成为全球共识的战略指向标。面对严格的二氧化碳排放法规,尤其是欧洲设定的2020年每公里排放量低于95克的硬性指标,汽车轻量化的需求犹如烈火烹油般愈演愈烈。轻量化不仅关乎当下,更是汽车产业未来数十年内践行绿色出行、实现可持续发展的关键路径。随着科技进步与新材料研发的不断迭代更新,汽车轻量化必将引领全球汽车产业链步入转型新纪元,成为通往可持续发展道路上不可或缺的里程碑。

汽车轻量化的重要性不言而喻。经反复验证,汽车每减轻100千克,即可带来约20/公里的减排效果,燃油经济性提升6%-8%,同时显著降低二氧化碳排放。通过巧妙运用碳纤维复合材料替代传统钢铁部件,汽车可在减轻体重的同时,增强动力效能与操控稳定性,直观揭示了车辆重量与二氧化碳排放之间深刻的负相关关系。

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如今,碳纤维复合材料已广泛应用于汽车制造,但主流仍以热固性碳纤维复合材料(CFRP)为主。宝马I3和丰田雷克萨斯LFA两款车型堪称典范,前者运用CFRP平衡电动车附加重量,独创性地采用环氧树脂高速RTM工艺与多点连接铝制底盘技术,后者则在高性能跑车领域积极探索多种CFRP成型工艺,如航空级别的预浸渍布层压、SMC以及树脂注入织物的RTM工艺。

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  在中国,汽车轻量化领域的发展热潮亦如火如荼。诸多汽车厂商正携手智上新材等专业企业,探索大规模应用碳纤维材料的可能性,我们期待在不久的将来,碳纤维的身影将不再局限于高端车型,而是走进更广泛的大众市场。

聚焦于热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)的前沿技术与应用展望,其凭借热塑性树脂基体的独特优势,开启了汽车轻量化新篇章。在兼顾高强度与短周期成型要求的基础上,CFRTP在日本名古屋大学国家复合材料中心(NCC)的实验数据显示,通过一体化成型技术如大型高速成形和大尺寸高速接合技术,CFRTP已成功模拟应用于汽车车身下部结构,实现零部件数量大幅减少,工艺简化,生产周期缩短。

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  国内热塑性碳纤维研发企业智上新材料对CFRTP在汽车应用的优势解析,让我们看到其在安全性、舒适度、可靠性和车身开发水平上的全方位提升:

  - 安全性:轻量化车身设计使汽车重心下降,提高操纵稳定性,同时,热塑性CFRTP的碰撞吸能性能优越,相较于钢材和铝材,能量吸收率高出数倍,确保行车安全。

  - 舒适度:更高的振动阻尼特性使得车内噪音、振动与声振粗糙度(NVH)显著改善,大幅提升驾乘舒适感。

  - 可靠性:相较于金属材料,CFRTP的疲劳强度更优,有助于提升车辆长期使用过程中的结构可靠性。

  - 提升车身开发水平:CFRTP的可设计性强于金属材料,便于实现车身设计的平台化、模块化、集成化,降低零件种类,减少工装投入,加快开发周期,尤其对于新能源汽车企业,能够显著优化资源配置,提高市场竞争力。

放眼奔驰、宝马、奥迪等国际知名汽车品牌的前瞻性布局, CFRTP在汽车领域的广泛应用显然已成为未来行业发展的必然趋势。因此,无论是出于政策法规的强制要求,还是汽车产业自我革新的内在需求,汽车轻量化注定是当前乃至未来很长一段时间内全球汽车行业落实绿色发展、实现低碳出行的核心战略。而推进CFRTP在汽车底盘结构中的深度开发和验证测试,将是推动这一战略进程的关键举措。

本文部分数据来自:日本精密工程学会


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