全部 高分子 智能汽车 陶瓷 消费电子 弹性体 生物降解 5G材料 光伏 医用材料 锂电 汽车材料 新消费电子 会议列表 展会 半导体
宝马碳纤维的创新轻量化应用

年前,宝马集团取得了革命性进步,采用碳纤维增强塑料打造整个乘客舱。与往常一样,新的生产方法也带来了不少回收碳纤维,如何巧妙利用回收碳纤维,变废为宝来看看本文。

汽车生产中的干碳纤维织布回收碳纤维可用于高性能的工程产品。作为原生纤维,可以利用创新工艺被加工成为短纤维,填充了这种新型纤维的复合材料可用于制造轻质、高弹性的汽车部件。

轻量化带来的回收碳纤维


航空业往往是轻量化部件应用的领头羊。对于这种成本密集型运输工具而言,减重的直接好处就是降低油耗。目前汽车行业正面临着类似挑战。诸如欧洲、美国和中国这些核心市场均已制定远大的气候改善目标,力图达到降低碳排放的法规要求。例如,欧洲按法规要求,到2020年前,乘用车的CO2排放量减至平均95g/km。为此,各大汽车制造商及其配套商纷纷投入大量资金,寻找新的降低油耗的方法,并将那些尚未实现的创意落到实处, 以期将这些创意用于轻量化设计并能实现批量生产。


几年前,宝马集团取得了革命性进步,采用碳纤维增强塑料打造整个乘客舱。与往常一样,新的生产方法也带来了不少回收碳纤维。这些回收碳纤维包括干纤维残余物和湿废物。起初,汽车制造商着力于将干燥回收碳纤维制成相应长度的织物,用于小型的应用之中。然而,剩余的纤维织物不一定能满足新部件的形状要求。人工处理被证实不但成本极高、耗时长,而且容易出现人为误差。因此必须找到新的解决方案


织布碳纤维的有效使用



德国下齐森AKRO-PLASTIC     GmbH公司已找到一种通过将回收碳纤维加入到聚合物熔体中的方法,以提高其附加值(见图1)。切碎织布纤维, 跟传统的切碳纤维方式一样,分多个步骤进行,然后在挤出机上进行重力配料。其主要难点在于织布的粉末粘合剂。最初它的用途是将层叠的碳纤维织布粘贴固定到位,防止其在下游工序中分离。加料的关键点是如何在处理过程中精确控制温度。在此情况下,使用的双螺杆挤出机(制造商:FEDDEM GmbH & Co. KG)配备了新开发的侧边进料机, 能平缓地将最高40%的碳纤维加入到聚合物熔体中。接下来的步骤很关键,须确保机器在整个过程中电气封装妥当,否则碳纤维的高导电性将损坏电气部件。


图1:碳纤维回收工艺流程


具有重量优势的复合材料




被称为ICF的新型AKRO-PLASTIC碳纤维增强系列产品具有高强度、低密度的特性,其价格也极具竞争力。最高可以加入40%的碳纤维。新产品线旨在大幅减轻产品重量,特别是承重部件的重量。碳纤维增强复合材料具备电气屏蔽性及优异的导热性能,特别适用于活性炭过滤器、控制单元支架和中央控制台等部件。表1中的对比显示,含 15%碳纤维(AKROMID B3 ICF 15 black(5026))的增强PA6的拉伸弹性模量与含30%玻璃纤维增强材料PA6的拉伸弹性模量相同。12%以上的比重优势足以让客户愿意接受20%弯曲强度的降低。随着纤维填充量的增加,碳纤聚合物的刚性优势明显,最高可增加42%,而为此牺牲的弯曲强度也仅降低了12%。但重量优势则非常明显,减重达到 22%。


发泡减重


结合使用其它加工方法,还可以进一步减轻部件重量。市场上最普遍的两种技术是水辅和气辅注射成型技术(WIT / GIT)。用发泡剂发泡聚合物熔体可以进一步减轻6%~13%的重量,确切的数据取决于所采用的方法。在表2所示的试验中,20%碳纤维增强(聚酰胺+聚丙烯)共混物中加入了3.5% 的化学发泡剂AF-Complex  PE  990310TM  ,应用于拉杆的模具中。密度降低超过13%——低于水的密度。尽管重量大幅减轻,然而弯曲强度并没有降低,与40%玻璃纤维增强的聚酰胺6相比具有大致相同的弯曲刚度,但玻纤填充产品重量约高出50%。因此对弯曲应力有要求的部件最宜选择发泡。通过 与 PME Fluidtec GmbH,Ettenheim, Batz S. Coop. ,Igorre及Moldetipo li Lda公司进行合作, AKRO-PLASTIC 的 黑 色 AKROMID®B3 ICF 15(5026)材料用在了离合器踏板上(见图2)。


图 用碳纤维填充复合材料 AKROMID®B3 ICF 15 black(5026)制成的离合器踏板的壁厚分布 


该材料为15%碳纤维增强的聚酰胺6,且采用了水辅助注射成型技术(WIT)。与用标准PA6GF30 材料制成的离合器踏板相比,该踏板具有更高的(高出100 N )的断裂强度,达到1100 N,刚度高25%,重量反而轻了10%。在2016年的SPE 颁奖仪式上,连同踏板轴承座一起获得了动力总成类一等奖


潜在应用



目前,大量的潜在应用正在测试中,主要都是黑色的高刚性部件。对于汽车制造商来说,安装在车辆重心上方的部件尤为重要。此种情况下,减重为车辆操纵带来的益处是非常直观的。中央控制台的减重潜力巨大(见图3)。当使用PA 6.6 GF30 制造,重量为1680g。如用10% ICF增强的PA 6.6(黑色AKROMID®A3 ICF 10(5117))制造,重量被减轻到1460g,且刚度相当。


图 用碳纤维填充复合材料 AKROMID®B3 ICF 10 black(5117)制成的中央控制台


不仅大型部件的重量可以大幅减轻,例如螺丝等紧固件的重量也可以大幅降低。采用黑色AKROMID®T1   ICF   30(见图4)生产的螺丝具有极大的刚性、优异的耐化学性及低蠕变性。以这种方式制造的螺丝比标准金属螺丝重量轻约80%,且能提供与塑胶件相同的螺栓连接效果。


图 用碳纤维填充复合材料 AKROMID®B3 ICF 30 black(5148)制成的螺钉


接触腐蚀



碳纤维增强塑料的接触腐蚀问题不容忽视。受腐蚀的部件与金属腐蚀的表现非常相像,如在潮湿环境中与由铝或镀锌钢制成的螺钉或插件直接接触,将会产生腐蚀。多个试验证明,具有适当稳定性的AKRO-PLASTIC 级别产品(如AKROMID®B3 ICF 15(5026))在镀锌螺钉上没有产生任何腐蚀现象, 这在气候交变试验中也同样得以确认。这是因为在聚酰胺中使用了电中性的稳定工艺。部件在潮湿环境(如动力总成、外饰件)中使用时,高增强聚酰胺不能防止接触腐蚀,因此必须安装由高品质 V4A 不锈钢制成的插件。该问题可通过采用高玻璃纤维增强塑料包覆镀锌钢标准套管来避免。形成电中性绝缘层,该部件便可用于具有碳纤维增强塑料的应用中。




相关推荐
碳纤维的原材料丙烯腈也能来源于生物基
​与Trillium Renewable Chemicals达成的新协议将使索尔维能够开发用于各种应用的可持续生物基碳纤维。
0
0
8
“双碳”及电动汽车大增长背景下,车用材料的方向有哪些?
在全球节能与环保的大势所趋下,汽车材料的应用和发展始终围绕着“绿色、低碳、轻量化”这一大方向。
0
0
15
盛虹集团的这种碳纤维原料产能全国第一了
随着二期项目正式投产,斯尔邦石化丙烯腈产能跃居国内第一。盛虹集团12月30日官微消息,近日旗下斯尔邦石化二期丙烷产业链项目的26万吨/年丙烯腈装置,一次性开车成功并产出合格产品。由此,斯尔邦石化的丙烯腈整体产能提升至78万吨/年,产能跃居国内第一、全球第三。
0
0
16
中复神鹰科创板上市获准!拟募资18.4亿元建设高性能碳纤维项目
​12月15日,上交所科创板上市委员会2021年第96次审议会议召开,审议结果显示,中复神鹰碳纤维股份有限公司(简称"中复神鹰")首发符合发行条件、上市条件和信息披露要求。
0
0
21
投资1.3亿美元,东丽大丝束碳纤维年产能提高54%
子公司卓尔泰克(Zoltek Companies, Inc. )将在 2023 年加强其大丝束碳纤维的生产能力,年产能提高约 54%,达到 20000 吨以上,从而将该公司在墨西哥和匈牙利的业务的年产能合计提高到约 35000 吨。
0
0
27
索尔维将碳复合材料部件增材制造引入批量生产
索尔维正与先进制造解决方案 OEM 9T Labs AG(瑞士苏黎世)合作,帮助将增材制造的碳纤维增强塑料 (CFRP) 部件投入批量生产。
0
0
28
持续发力碳纤维,吉林化纤拟投资1.2万吨碳纤维复材项目等
吉林化纤(000420)11月3日晚公告,拟定增募资不超过12亿元,用于1.2万吨碳纤维复材项目和偿还银行借款。
0
0
32
吉林化纤600吨高性能碳纤维项目首条碳化线试车成功
作为吉林化纤集团20万吨碳纤维全产业链项目中的重要一项,生产1K、3K等小丝束碳纤维。
0
0
43
10月18日,沃德夫聚合物将出席第五届特种工程塑料论坛并做“再生碳纤维的开发与应用”主题演讲
10月18日,沃德夫聚合物与您相约苏州·第五届特种工程塑料论坛!
0
0
204
碳纤维复合材料轻量化新能源巴士亮相嘉兴
碳纤维复材车身比金属材料整车强度提高10%,重量减轻30%,乘车效率至少提升50%,同等座位数站立面积提升60%以上,碳纤维复材的撞击吸收能量5倍于钢,3倍于铝,且轻量化后制动距离变短,车辆行驶更安全,耐化学介质性能好,车身寿命可延长6至8年。
0
0
163
21世纪的“新材料之王”——碳纤维
碳纤维逐渐卸下“高冷”面具,越来越多地应用在民用及消费类产品等各个领域。
0
0
66
中复神鹰碳纤维航空应用研发及制造项目正式开工建设
“碳纤维航空应用研发及制造”项目是由中复神鹰碳纤维股份有限公司全资子公司中复神鹰(上海)科技有限公司负责实施,主要进行航空树脂、航空用碳纤维复合材料中间制品的研发,计划2022年将陆续开发新产品,并开展航空应用评价认证工作。
0
0
58
汉高与青岛轨道交通产业示范区管委会签署战略合作协议,开展轨道交通材料的开发与应用
汉高粘合剂业务部与青岛轨道交通产业示范区管委会签署战略合作协议。汉高将与青岛轨道交通产业示范区在轨道交通以及碳纤维新材料、轨道车体及零部件、轨道车辆内装业务等领域开展全面合作。
0
0
87
【技术干货】一文详细盘点10类常见碳纤维产品的典型特征及主要用途
碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、热膨胀系数小等一系列优异的性能,因此其应用领域非常广泛。而为了满足客户需求,碳纤维生产厂商开发出了多种不同用途的纤维,来充分利用碳纤维优异特性。本文将全面分析碳纤维产品的10种常见的应用方式及用途。
0
0
121
科思创碳纤维增强PC单向带应用于首款新型轻质爬树柄支撑片
在欧洲区域发展基金 ( ERDF ) 的支持下,科思创与 Cato Composites BV 等公司联手,共同构建了一款新型爬树支撑片系统。该系统是 Cato 公司主导,以连续碳纤维强化热塑性塑料 ( CFRTP ) 技术为基础,利用 Reden BV 的模拟技术与科思创碳纤维强化聚碳酸酯基 Maezio® UD 单向带及系统加工技术,打造出首款创新型轻质结构 CFRTP 爬树支撑片。
0
0
57
国内首款BOPLA量产,PLA双拉技术获突破!
日前,新材料公司厦门长塑宣布,公司自主研发的生物基膜材BOPLA实现量产。该产品以生物基可降解材料聚乳酸(PLA)为原料,通过配方与工艺创新,运用双向拉伸技术,从而获得的生物基可降解双向拉伸薄膜。
0
0
68
菲亚特与索尔维合作推出首个碳纤维汽车转向节
菲亚特集团成员企业玛涅蒂·马瑞利公司(Magneti Marelli,以下简称为MM)与热塑性塑料供应商索尔维合作,推出首个碳纤维汽车转向节。
0
0
66
助力“Yaoki“月球漫步车探索太空!三菱化学提供碳纤维增强塑料和热塑性材料
三菱化学与戴蒙股份有限公司(Dymon Co., Ltd.,简称:戴蒙)达成协议,为后者的月球漫步车提供碳纤维增强塑料(CFRP)组件和热塑性材料和技术支持,助力其探索太空领域。
0
0
61