Prefazione

Essendo un importante mezzo di trasporto, le automobili svolgono un ruolo importante nei viaggi della famiglia e in altri aspetti.

In questa fase, con il miglioramento della qualità della vita delle persone e la loro ricerca di una qualità di vita più elevata, ci sono nuovi requisiti per le prestazioni delle auto. Per soddisfare le esigenze del pubblico, le aziende automobilistiche svolgono attivamente la progettazione e lo sviluppo di automobili e lavorano costantemente su materiali, metodi di progettazione e 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. Pertanto, nel processo di applicazione dello sviluppo dei componenti strutturali della carrozzeria delle automobili, dobbiamo cercare attivamente obiettivi leggeri e requisiti di standard di qualità nel processo di applicazione dei materiali dei componenti strutturali della carrozzeria delle automobili.

I materiali compositi termoplastici hanno prestazioni superiori rispetto ai materiali tradizionali e possono raggiungere l'obiettivo di alleggerire le automobili, quindi sono stati utilizzati nell'attuale applicazione e sviluppo di componenti strutturali della carrozzeria delle automobili.

Questo articolo analizza l'applicazione e lo sviluppo dei materiali compositi termoplastici nelle parti strutturali della carrozzeria delle automobili.

Attualmente, i principali problemi che devono affrontare lo sviluppo sostenibile dell’industria automobilistica sono la sicurezza energetica, il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni. Per risolvere davvero il problema del consumo energetico delle automobili è ancora necessario partire dalla leggerezza delle automobili. Le proprietà meccaniche dei materiali compositi in fibra di carbonio sono eccellenti e la loro resistenza alla fatica è ovviamente migliore rispetto alla densità delle condizioni del metallo, quindi i materiali in fibra di carbonio dovrebbero essere la prima scelta nella pratica della leggerezza automobilistica.

Per riassumere il mercato attuale, oltre il 90% delle automobili utilizza sistemi di resina termoindurente quando utilizzano materiali compositi in fibra di carbonio, e ci sono problemi nel successivo riciclaggio di tali materiali, e i 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 i componenti del corpo saranno più significativi.

1. Materiale composito termoplastico

Per sfruttare appieno i compositi termoplastici nel processo di progettazione e sviluppo di componenti della carrozzeria di 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 di resina 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, tali materiali hanno elevata resistenza specifica e modulo specifico e possono essere utilizzati per lungo tempo al di sopra di 200 ° C.
(2) materiali compositi per uso generale: fare riferimento alle resine termoplastiche che sono generalmente rinforzati con fibre e prodotti di vetro, 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 sua densità è piccola, la resistenza è elevata, 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 sarà notevolmente aumentata. Al giorno d'oggi, i materiali compositi termoplastici ad alte prestazioni utilizzati nella pratica possono raggiungere una resistenza al calore superiore a 250 ℃.
(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 in parti strutturali di carrozzerie automobilistiche

Dai risultati dell'analisi di cui sopra, i vantaggi dei materiali compositi termoplastici sono molto evidenti e la loro applicazione e sviluppo nelle parti strutturali di carrozzerie automobilistiche è destinato a risolvere il problema dei materiali compositi termoplastici leggero, quindi discutere attivamente l'applicazione specifica e lo sviluppo di materiali compositi termoplastici, che ha 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.

1) Design per la 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 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. L'analisi di alcune resine termoplastiche comunemente usate mostra che la popolarità di alcuni materiali è relativamente scarsa, il che non può soddisfare i requisiti specifici di riempimento degli stampi nel processo di stampaggio a iniezione e il costo del materiale è elevato, quindi l'ambito non è più considerato. 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 PA6 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. In questo momento, considera 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 considerare la forma di rinforzo strutturale per migliorare le prestazioni delle parti, in base a ciò, un maggiore grado di sostituzione della fibra continua rinforzata I materiali PA6 possono raggiungere l'obiettivo di riduzione del peso e riduzione dei costi. In base all'obiettivo specifico, il materiale principale delle parti viene selezionato come PA6 quando vengono soddisfatte le condizioni di rigidità e parte della fibra di carbonio viene miscelata per rafforzare il materiale PA6, che può migliorare la rigidità complessiva delle parti. Dopo aver determinato il materiale, la nervatura di iniezione PA6 in fibra di vetro 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) Stampaggio - Progettazione strutturale della trave del sedile ad iniezione
Viene analizzata la progettazione strutturale della trave del sedile stampata - ad iniezione, che comprende principalmente la progettazione integrata, la progettazione a spessore variabile e la progettazione della struttura di connessione, di seguito è riportato 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 ad iniezione, il dado può essere incorporato nelle parti]. 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, la composizione principale è il corpo della trave, che è una struttura in lamiera d'acciaio monostrato, la rigidità è relativamente bassa, quindi lo spessore della pavimentazione può essere ridotto, il che può raggiungere lo scopo della qualità del materiale riduzione e controllo dei costi. La massa complessiva della trave composita è stata dosata grazie al design a spessore variabile ed era di soli 1,23 kg, rispetto alla lamiera originale, il peso è stato 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 nelle parti strutturali della carrozzeria automobilistica

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

1) Controllo dei costi dello sviluppo automobilistico
Nel processo di ricerca e sviluppo automobilistico, i costi elevati hanno messo in difficoltà 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 prestare 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.

2) Effetto sulle prestazioni dell'automobile
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 diffuso dei compositi termoplastici nell’industria automobilistica.

3) Movimentazione dei materiali
Nel processo di produzione e lavorazione delle parti strutturali della carrozzeria delle automobili, a causa dell'influenza della tecnologia, appariranno 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”. Sulla base dell'analisi dell'uso specifico dei materiali compositi termoplastici, tali materiali e materiali compositi termoindurenti, il ciclo di indurimento è più breve e più facile da raccogliere, quindi in pratica i materiali compositi termoplastici possono ottenere un riciclaggio centralizzato, il che ha un significato positivo per la risoluzione dei rifiuti e altri problemi, che hanno anche un effetto significativo sul lavoro di controllo dei costi delle imprese automobilistiche.


4. Riepilogare

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 del settore 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.