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节能减排已经成为全球汽车行业立求寻找和突破的课题

发布:hnhtxcl 浏览:819次

  为了应对全球气候变暖和能源危机,节能减排已经成为全球汽车行业立求寻找和突破的课题。汽车轻量化是最容易突破和最为有效的途径。复合材料在汽车行业的应用实现了汽车轻量化。
  复合材料具有轻质高强、抗冲击性能好、易于成型以及具有功能和性能可设计性等一系列特点,为实现汽车轻量化起到了积极作用。汽车行业发展经历了从钢材到SMC复合材料,从SMC复合材料到热塑性LFT-D技术。
  LFT-D技术于1989年由美国复合材料制品公司(CPI)提出,并于1991年实现商业化生产。基于其技术优势,LFT-D的应用不断增长,其技术水平也在逐年提升,尤其在2003年以后,LFT-D技术应用呈现了快速增长的态势。
  目前,LFT-D技术采用的增强材料主要是玻璃纤维,少量采用天然纤维;基体树脂以PP为主,目前80%的LFT-D制品为汽车零部件,主要产品有汽车前端模块、脚踏板、仪表板架、座椅骨架、门模块和底部护板等。采用LFT-D技术制造的复合材料汽车零部件具有如下优势:
  1. 轻量化效果好。采用LFT-D技术成型的热塑性复合材料比重只有1.1左右, 而且在设计零部件时可以进行合理设计。根据零部件的受力情况,可将材料设计成各向异性,将受力大的方向设计成高强度,受力小的方向可以降低其强度,达到充分利用材料的目的,进而实现减重。例如与传统的金属材料相比,LFT-D前端模块可以减重30%~50%。
  2. 与金属冲压成形不同,LFT-D技术可以成型各种造型较为复杂的产品,因此在设计复合材料汽车零部件时可以将多个传统部件集成在一起,形成模块化。如图4中的SUV车脚踏板,如果采用金属和塑料制造,则包括螺钉和螺母在内该产品共有43个件;而采用LFT-D技术,可以设计成一个部件,进行一次成型,从而达到减少生产工序、降低生产成本并减轻重量的目的。
  3. 生产效率高。LFT-D技术采用了纤维增强热塑性复合材料,其成型为物理加工过程,材料在模具中通过压力挤压而充满模具型腔,再冷却成型,没有化学反应过程,因此成型周期短,最快可以达到30s。
  4. 与传统的热塑性复合材料相比,LFT-D技术省去了半成品的生产过程,从而节约了半成品的生产成本和物流成本,零部件的成本得以降低。
  5. 环保可回收。LFT-D技术采用的原材料是热塑性材料,零部件达到使用寿命后可以回收重新使用,不会对环境造成污染。
  6. 安全性好。与传统材料不同,LFT-D零部件的破坏不会突然发生,它将逐渐经历部分纤维断裂、应力在其他纤维间重新分布,纤维与基体材料之间出现界面损伤、基体材料开裂和纤维完全断裂等一系列过程。在此过程中,产品不断吸收能量,延滞了灾难性破坏的突然发生。
  LFT-D技术的发展速度将会不断加快。由于该技术对汽车轻量化起到的积极作用,目前汽车工业的快速发展以及能源危机和环境保护意识的加强,LFT-D技术在汽车行业的应用量将会逐步增大。另一方面,由于国内企业开始进行LFT-D生产线的开发与生产,因此必将使生产线成本及售价大幅下降,从而加快该技术的发展速度。
  LFT-D与单向织物板材复合成型技术也将会进一步发展,从而充分发挥复合材料各向异性的特点。单纯的LFT-D制品基本接近各向同性,但很多产品的受力在各个方向上是有区别的,为了减少材料浪费,充分发挥复合材料的特点,可以   在LFT-D成型过程中铺设单向连续纤维或织物,以提高该方向的承载能力。
  同时,可视外观件的应用将会越来越多。目前LFT-D技术主要应用于汽车的的一些功能件和结构件的生产,只有少数欧美企业掌握了在外观件上使用该技术。如何提高产品的外观质量、达到可视效果将是今后的研究和发展方向。
  此外,该技术所需的原材料将会朝多样化发展。LFT-D技术是采用长纤维增强热塑性树脂基体而形成的复合材料,如今市场化的产品主要是玻璃纤维增强PP。而有些研究机构也在研究天然纤维和碳纤维增强PA、ABS和PET等,相信随着研究成果的应用,LFT-D技术中采用的原材料将出现多样化,根据产品的不同要求,设计空间会更大,更充分地体现复合材料的特点和优越性。
  对2015年至2020年市场预测,全球长纤维热塑性市场预计将以5.4%的年复合增长率实现增长。玻璃和碳纤维常结合PA和PP树脂材料应用于生产长纤维热塑性塑料,随着汽车、消费品和工业产品需求进一步扩张,LFT应用前景广阔。
  尽管全球经济增长放缓,但汽车工业、航天领域保持稳定增长态势,热塑性塑料凭借轻量化、环保可回收利用,性能优越等优势将迎来新一轮发展机遇。

文章来源:上海耀华大中新材料有限公司

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