Astratto
In quanto importante mezzo di trasporto, le automobili svolgono un ruolo importante nei viaggi della famiglia. In questa fase, con il miglioramento della qualità della vita delle persone e la maggiore ricerca della qualità della vita, ci sono nuovi requisiti per le prestazioni delle automobili. Per soddisfare le esigenze del pubblico, le aziende automobilistiche svolgono attivamente la progettazione e lo sviluppo delle automobili e lavorano costantemente sui materiali, sui metodi di progettazione e su altri aspetti. Al giorno d'oggi, la leggerezza delle automobili è diventata la direzione principale della progettazione automobilistica e la realizzazione dell'obiettivo di leggerezza delle automobili deve completare l'innovazione dei materiali, quindi è necessario cercare attivamente materiali con obiettivi di leggerezza e requisiti di standard di qualità nel processo di applicazione dello sviluppo dei componenti strutturali della carrozzeria automobilistica. Rispetto ai materiali tradizionali, il composito termoplastico offre prestazioni migliori e può raggiungere l'obiettivo di un'automobile leggera, quindi è stato applicato nello sviluppo di applicazioni di componenti strutturali della carrozzeria di automobili.

parola chiave
Materiale composito termoplastico; Componenti strutturali della carrozzeria dell'automobile;
In un ambiente di continuo sviluppo tecnologico, l'industria automobilistica cinese ha raggiunto un rapido sviluppo. Riassumendo lo sviluppo sostenibile dell'industria automobilistica cinese nella fase attuale, i principali problemi che deve affrontare sono la sicurezza energetica, il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni. Al giorno d'oggi, lo Stato ha introdotto una serie di politiche e regolamenti, lo scopo è quello di limitare il consumo di energia e gli indicatori di emissione delle automobili, e per risolvere veramente il problema del consumo energetico delle automobili, è ancora necessario iniziare dalla leggerezza delle automobili. Le proprietà meccaniche dei materiali compositi in fibra di carbonio sono eccellenti e la loro resistenza alla fatica è significativamente migliore rispetto alle condizioni di densità dei metalli, quindi i materiali in fibra di carbonio dovrebbero essere la prima scelta nella pratica della leggerezza automobilistica.
Per riassumere il mercato attuale, più del 90% delle automobili utilizza sistemi di resina termoindurente quando si utilizzano materiali compositi in fibra di carbonio, e ci sono problemi nel successivo riciclaggio di tali materiali, e materiali compositi termoplastici in fibra di carbonio possono essere una buona soluzione a questo problema. Le proprietà meccaniche dei compositi termoplastici rinforzati con fibra continua sono più eccezionali e lo stampaggio è stato ottenuto. Tuttavia, a causa delle limitazioni delle caratteristiche del processo, i requisiti di stampaggio di alcune strutture speciali non possono essere soddisfatti. In questa fase il problema viene risolto principalmente mediante stampaggio a iniezione, ma le proprietà meccaniche dei prodotti così formati non sono ideali. Il processo di stampaggio e il processo di stampaggio a iniezione presentano i propri vantaggi, se combinati, e il materiale composito termoplastico rinforzato con fibre continue come lo scheletro, quindi attraverso lo stampaggio a iniezione per eseguire lo stampaggio di strutture complesse, in modo che l'uso del materiale composito termoplastico nel settore automobilistico le componenti del corpo saranno più significative.

1 Materiale composito termoplastico
Per sfruttare appieno i compositi termoplastici nel processo di progettazione e sviluppo dei componenti della carrozzeria delle automobili, è necessario avere una conoscenza e una comprensione complete dei compositi termoplastici. Per definizione, il cosiddetto materiale composito termoplastico si riferisce al materiale composito costituito da resina termoplastica come matrice e varie fibre come materiali di rinforzo. Viene analizzata la classificazione dei materiali compositi termoplastici. In base alle proprietà della matrice resinosa e del composito, i materiali compositi termoplastici sono principalmente suddivisi in due categorie: (1) Materiali compositi ad alte prestazioni, rinforzati con eccellenti resine termoplastiche ad alte prestazioni, come fibra di carbonio, fibra aramidica, polifenilene solfuro, ecc., sono materiali compositi ad alte prestazioni, che hanno elevata resistenza specifica e modulo specifico e possono essere utilizzati per lungo tempo sopra i 200°C. (2) I materiali compositi per uso generale si riferiscono a resine termoplastiche generalmente rinforzate con fibre di vetro e prodotti, come PP, PE, PVC, ecc., che sono attualmente ampiamente utilizzati.

In pratica, è necessario sottolineare l'uso efficace dei materiali compositi termoplastici, ma è anche necessario comprendere le caratteristiche dei materiali compositi termoplastici. Secondo l'attuale ricerca pratica, i compositi termoplastici hanno sei caratteristiche: (1) la loro densità è piccola, la resistenza è elevata e le proprietà meccaniche sono più superiori. (2) Con designabilità delle prestazioni. Rispetto ai compositi termoindurenti, esistono più tipi di resine termoplastiche e la gamma di opzioni è più ampia, quindi ha una migliore progettabilità. Inoltre, le proprietà fisiche e chimiche dei compositi termoplastici possono essere ottenute in base a requisiti specifici attraverso una selezione ragionevole dei materiali e un utilizzo del processo. (3) Buona resistenza al calore. La resistenza al calore dei materiali compositi termoplastici viene generalmente mantenuta a circa 100 °C, ma la temperatura di utilizzo dei materiali termoplastici dopo il rinforzo con fibra di vetro aumenterà notevolmente. Al giorno d'oggi, i compositi termoplastici ad alte prestazioni utilizzati nella pratica possono riscaldarsi fino a oltre 250°C. (4) Resistenza alla corrosione chimica. La resistenza alla corrosione chimica dei materiali compositi è strettamente correlata alle caratteristiche del materiale base. Esistono più tipi di resine termoplastiche con una migliore resistenza alla corrosione, quindi in pratica è possibile selezionare come materiale di base le resine termoplastiche con una migliore resistenza alla corrosione. In questo modo, la resistenza alla corrosione chimica dei materiali compositi termoplastici sarà notevolmente migliorata. (5) Proprietà elettriche. Le proprietà elettriche dei materiali compositi sono correlate alle proprietà della matrice resinosa e dei materiali di rinforzo, pertanto la progettazione delle prestazioni può essere effettuata in base ai requisiti di utilizzo nella pratica. (6) Prestazioni di elaborazione. Le prestazioni del processo del materiale composito termoplastico sono ovviamente migliori di quelle del materiale composito termoindurente e possono realizzare stampaggi multipli e anche realizzare il riciclaggio del materiale di scarto.

2. Applicazione e sviluppo di materiali compositi termoplastici nelle parti strutturali della carrozzeria automobilistica
Dai risultati dell'analisi di cui sopra, i vantaggi dei materiali compositi termoplastici sono molto importanti e la loro applicazione e sviluppo nelle parti strutturali della carrozzeria automobilistica è destinato a risolvere il problema della leggerezza dell'automobile, quindi discutere attivamente l'applicazione specifica e lo sviluppo di materiali compositi termoplastici, che hanno un significato guida positivo per la soluzione di problemi pratici. Quello che segue è un riepilogo dell'applicazione e dello sviluppo di materiali compositi termoplastici combinati con la pratica.
2.1 Design di selezione della trave del sedile stampata - stampata
Prendendo come esempio un'auto di medie dimensioni, la trave del sedile è composta principalmente da tre parti, che sono la traversa anteriore del sedile anteriore, la traversa posteriore del sedile anteriore e la traversa del sedile posteriore. Come esempio viene analizzata la traversa posteriore del sedile anteriore, che è composta principalmente da tre parti, tra cui il corpo della traversa, il rinforzo laterale sinistro e il rinforzo laterale posteriore. La struttura del pezzo è una tradizionale struttura in lamiera, ovvero 3 parti in lamiera indipendenti sono saldate insieme e il collegamento con il sedile è realizzato tramite giunto a vite. È una tipica struttura a trave corporea e la sua massa totale è di 1,85 kg.
Viene analizzata la struttura composita stampo-iniezione. Per garantire le proprietà di interfaccia tra lo strato stampato e lo strato di iniezione, è necessario utilizzare lo stesso sistema di resina nella zona stampata e nella zona di alloggio. Secondo l'analisi di alcune resine termoplastiche comunemente usate, la popolarità di alcuni materiali è relativamente scarsa e non può soddisfare i requisiti specifici di riempimento dello stampo nel processo di stampaggio a iniezione e il costo del materiale è elevato, quindi l'ambito non viene più preso in considerazione. L'analisi comparativa dei materiali con buone prestazioni di flusso mostra che PA6 ha le prestazioni in termini di costi più elevati e può soddisfare le effettive esigenze dei ricambi auto in tutti gli aspetti delle prestazioni, quindi PA6 può essere utilizzato come materiale in resina preferito.
Nella selezione delle fibre rinforzate, le principali fibre di vetro e fibra di carbonio comunemente utilizzate. Dal punto di vista dei costi, il prezzo della fibra di vetro è relativamente basso, ma anche il suo modulo di elasticità è relativamente basso. Rispetto alla fibra di vetro, la resistenza e il modulo della fibra di carbonio sono molto elevati, ma il suo prezzo è troppo alto e quindi non soddisfa i requisiti di controllo dei costi automobilistici. Rispetto alle proprietà di diversi compositi rinforzati con fibra, la resistenza alla trazione del PV6 rinforzato con fibra di vetro è molto superiore a quella della lamiera originale, ma il suo modulo di trazione è inferiore a un terzo di quello dell'acciaio. Sulla base delle condizioni di progettazione di pari rigidità, lo spessore delle parti viene aumentato fino a oltre 3 volte lo spessore della lamiera originale, il che può risolvere il problema del modulo di trazione, ma non può soddisfare le esigenze di leggerezza. Se in questo momento si prende in considerazione la fibra di carbonio, tutti i problemi possono essere risolti. Va notato che il costo della fibra di carbonio è troppo elevato, quindi non è la soluzione migliore, si può prendere in considerazione la forma di rinforzo strutturale per migliorare le prestazioni delle parti, sulla base di questo, in misura maggiore per sostituire il PV6 rinforzato con fibra continua materiale, può raggiungere l'obiettivo di riduzione del peso e riduzione dei costi. In base all'obiettivo specifico, il PV6 viene selezionato come materiale principale delle parti quando vengono soddisfatte le condizioni di rigidità e una parte della fibra di carbonio viene miscelata per rafforzare i materiali PV6, che possono migliorare la rigidità complessiva delle parti. Dopo aver determinato il materiale, la nervatura di iniezione in fibra di vetro-PV6 viene utilizzata per creare un supplemento di rigidità locale, in modo da poter determinare lo schema di selezione del materiale della trave del sedile a iniezione di stampo.
2.2 Stampaggio - Progettazione strutturale della trave sedile ad iniezione
Viene analizzata la progettazione strutturale della trave del sedile stampata a iniezione, che comprende principalmente la progettazione integrata, la progettazione a spessore variabile e la progettazione della struttura di connessione, quello che segue è il contenuto specifico.
Il primo è la progettazione dell'integrazione. L'analisi delle parti originali in lamiera della trave sedile mostra che è composta principalmente dal corpo principale della trave, dall'irrigidimento del lato sinistro e dall'irrigidimento del lato destro, e comprende anche 2 dadi di saldatura e 1 irrigidimento di saldatura. Viene analizzata la modalità di connessione tra ciascuna parte, ovvero la saldatura. Quando si passa alla struttura composita con iniezione a stampo, le sei parti originali che devono essere realizzate separatamente verranno semplificate in un'unica parte. Durante lo stampaggio a iniezione, il dado può essere incorporato nel pezzo. Analisi della progettazione integrata, la parte superiore della trave è una struttura modellata, il suo ruolo principale e il suo carico, mentre si collega con le parti circostanti. La parte inferiore della trave è una struttura stampata ad iniezione, che rinforza la rigidità del componente.
Il secondo è il design a spessore variabile. Il modo principale per eseguire la progettazione a spessore variabile della trave sedile composita è aumentare lo spessore della stratificazione dopo l'uso della struttura composita per soddisfare i requisiti prestazionali. Nella zona centrale della trave, il componente principale è il corpo della trave, che è una struttura in lamiera d'acciaio monostrato con rigidità relativamente bassa, in modo che lo spessore della stratificazione possa essere ridotto, raggiungendo lo scopo di riduzione della qualità del materiale e controllo dei costi. La massa complessiva della trave composita veniva dosata attraverso il design a spessore variabile, ed era di soli 1,23 kg, rispetto alla lamiera originale, il peso era ridotto di oltre il 30%.
Infine, il progetto della struttura di connessione. Dopo essere stata sostituita con materiali compositi, la trave del sedile non poteva essere saldata al pavimento e alle parti circostanti, quindi è stata incollata. Viene analizzato il metodo di connessione adesiva, che non solo ha un buon effetto nel soddisfare le prestazioni di connessione strutturale delle parti, ma ha anche un buon effetto sull'isolamento dell'interfaccia di materiali compositi e acciaio, che può ridurre efficacemente il rischio di corrosione elettrochimica nel contattare parte di CFRP e acciaio. Inoltre, lo strato di gomma può anche svolgere un ruolo sinergico, che ha un significato positivo per ridurre il rumore all'interno della carrozzeria.

3. Applicazione e sviluppo di materiali compositi termoplastici in parti strutturali di carrozzerie automobilistiche
I risultati ottenuti dall'applicazione e dallo sviluppo di materiali compositi termoplastici nelle parti strutturali della carrozzeria di automobili devono essere confrontati attraverso analisi di test. Secondo alcuni risultati dei test attuali, i suoi effetti si riflettono principalmente nei seguenti aspetti.

3.1 Controllo dei costi dello sviluppo automobilistico
Nel processo di ricerca e sviluppo automobilistico, i costi elevati hanno disturbato le imprese automobilistiche. Nell'intero processo di ricerca e sviluppo automobilistico, la selezione e l'utilizzo dei materiali hanno un impatto importante sul controllo dei costi. La tradizionale struttura in lamiera è efficace nel controllo dei costi automobilistici, ma l’uso della lamiera è difficile da raggiungere l’attuale obiettivo di leggerezza della progettazione automobilistica. L'uso di materiali compositi in fibra di carbonio nella produzione automobilistica può non solo migliorare le prestazioni complessive delle parti di automobili, ma anche raggiungere l'obiettivo di un'automobile leggera, ma il costo dei materiali compositi in fibra di carbonio è troppo elevato e supera gli standard di controllo dei costi delle imprese. Sulla base della realizzazione del controllo dei costi automobilistici e degli obiettivi di leggerezza, enfasi sull'uso di materiali compositi termoplastici e attenzione all'uso specifico dei metodi di stampaggio - stampaggio a iniezione, in modo che una piccola quantità di fibra di carbonio nei materiali compositi termoplastici generali possa migliorare le prestazioni complessive delle parti, ma anche raggiungere l'obiettivo della leggerezza. Si può dire che l'effetto dei compositi termoplastici nel controllo dei costi automobilistici è significativo.

Effetto sulle prestazioni automobilistiche
Vengono testate le prestazioni specifiche delle parti strutturali della carrozzeria progettate e sviluppate utilizzando materiali compositi termoplastici. Dai risultati dei test, ci sono differenze relativamente grandi tra le prestazioni delle parti strutturali e le prestazioni delle parti in lamiera, ed è ovvio che le prestazioni delle parti strutturali della carrozzeria progettate e sviluppate utilizzando materiali compositi termoplastici sono più superiori . Ciò dimostra che i vantaggi dei compositi termoplastici sono molto evidenti e anche i vantaggi prestazionali dei suoi prodotti sono molto significativi, il che pone solide basi per la promozione e l'utilizzo diffusi dei compositi termoplastici nell'industria automobilistica.

Movimentazione dei materiali
Nel processo di produzione e lavorazione delle parti strutturali della carrozzeria delle automobili, a causa dell'influenza della tecnologia compaiono inevitabilmente alcuni materiali di scarto. Se questi materiali di scarto possono essere riciclati e utilizzati in modo efficace, possono “trasformare i rifiuti in un tesoro”. Viene analizzato l'utilizzo specifico dei materiali compositi termoplastici. Rispetto ai materiali compositi termoindurenti, questo tipo di materiali ha un ciclo di polimerizzazione più breve ed è più facile da raccogliere. Pertanto, in pratica, i materiali compositi termoplastici possono realizzare un riciclaggio e un riutilizzo centralizzati, il che ha un significato positivo per la risoluzione dei rifiuti e altri problemi e ha anche un effetto significativo sul controllo dei costi delle imprese automobilistiche.
In sintesi, i test in questa fase mostrano che le prestazioni dei compositi termoplastici sono molto superiori, quindi hanno un'applicazione molto importante nel campo dei trasporti, aerospaziale e così via. In combinazione con l'attuale pratica di sviluppo dell'industria dei trasporti, lo sviluppo e l'utilizzo di materiali compositi termoplastici basati sull'obiettivo di leggerezza delle automobili, in particolare nel processo di progettazione e sviluppo di parti strutturali della carrozzeria, enfatizzando l'utilizzo di materiali compositi termoplastici, e confrontando l'effettivo effetto applicativo dei materiali compositi termoplastici, che può fornire riferimento e guida per la promozione e l'uso continui dei materiali. Pertanto, il valore applicativo dei materiali compositi termoplastici può essere sfruttato meglio.