Mit den verschärften Emissionsstandards und der kohlenstoffarmen Lebensweise, die von Menschen akzeptiert werden, ist die Einsparung von Energie und Emissionen zu einem wichtigen Forschungsthema in der Automobilindustrie geworden. Im Falle einer begrenzten Energieinnovation ist das Leichtgewicht einer der Schlüssel zur Lösung von Problemen.
Im Jahr 2015 belief sich der weltweite Gesamtabsatz von Fahrzeugen auf 89,1 Millionen Einheiten, ein Anstieg von 2,2% im Vergleich zu den 87,17 Millionen Einheiten im Jahr 2014. Es wird geschätzt, dass die Produktionskapazität 2020 100 Millionen Einheiten erreichen wird. Im Jahr 2015 die globale Kohlenstofffaser Automobilmarkt Nachfrage erreichte mehr als 10.000 Tonnen, und es wird erwartet, dass 20.000 Tonnen bis 2020 zu überschreiten. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate wird 21% in den nächsten fünf Jahren, die einer der am schnellsten wachsenden und anspruchsvollsten Bereiche werden wird.
1) Super Running - der erste, der Carbonfaser einführt
Der Grund für die Einführung von Kohlefaserverbundwerkstoffen in der Automobilindustrie liegt hauptsächlich darin, dass die Kohlenstofffasern steifer sind als herkömmliche Stähle und Aluminium, aber leichter sind. Aufgrund der hohen Kosten, des langen Produktionszyklus und der instabilen Lieferkette ist die Automobilindustrie jedoch die erste in teuren Supersportwagen mit geringem Volumen.
1981 verwendete McLaren erstmals einen integrierten Kohlefaserrahmen für seine Formel 1 MP4 / 1. Nach dem Jahr 2000 begannen Supersportwagenhersteller wie Ferrari und Lamborghini mit dem Einsatz von Kohlefaserverbundwerkstoffen, um Autos zu bauen. Die meisten anderen Autohersteller verwenden Kohlefasermaterialien, die meistens in einigen Körperteilen und Innenräumen verwendet werden. Der Zweck ist, Gewicht zu reduzieren und die Leistung von High-End-Sportwagen hervorzuheben.
2) Gewichtsverlust - die treibende Kraft für das Wachstum der Kohlenstofffasernachfrage
Die strengen Kraftstoffverbrauchsstandards der Regierung und die Kohlendioxidemissionsvorschriften sind wichtige Treiber für Automobil-Kohlefaserverbundwerkstoffe. Die Gesamtgewichtsreduzierung der Karosserie ist ein sehr wirksames Mittel zur Kontrolle der Abgasemissionen. Für jede 100 kg Fahrzeuggewichtsreduktion kann die Emission um 20 g / km reduziert werden, und das durchschnittliche Fahrzeug muss 245 kg verlieren, um die erforderlichen Emissionsstandards zu erfüllen. Elektrofahrzeuge müssen mehr als 50% verlieren. Unter allen Leichtbaumaterialien sind Kohlefaserverbundwerkstoffe die einzigen fortschrittlichen Materialien, die Stahlbauteile um 50-60% reduzieren und die gleiche Festigkeit beibehalten können.
Die Länder haben in den letzten Jahren Emissionsgrenzwerte für Kohlendioxid erlassen. Im April 2010 und August 2012 erließen die Vereinigten Staaten 2012-2016 (Phase 1) bzw. 2017-2025 (Phase 2) Vorschriften für Leichtkraftstoffverbrauch und Treibhausgasemissionen, die 2025 leichte US-Fahrzeuge erfordern. Die durchschnittliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit beträgt 54,5 mpg. Die "Schadstoffemissionsgrenzwerte und Messmethoden für leichte Nutzfahrzeuge (China Stufe 6)" ("National Six Standards") wurden am 23. Dezember 2016 offiziell veröffentlicht und werden ab 2020 offiziell eingeführt. Gemäß den Standardanforderungen Chinas CO2-Emissionen im Jahr 2015 wird 155 g / km, und es muss im Jahr 2020 auf 112 g / km reduziert werden; 2015 wird der durchschnittliche Kraftstoffverbrauch 6,9 L / (100 km) betragen und im Jahr 2020 muss er auf 5,0 L / (100 km) reduziert werden.
3) Maßstab und industrielle Integration - BMW stellt CFK-Strukturteile vor
Zurzeit haben die großen Automobilhersteller der Welt, darunter BMW, Mercedes-Benz, Audi, GM, Ford usw., alle die Kohlefaserindustrie ausgelegt und allmählich Modelle eingeführt, die Kohlenstofffasertechnologie einführen. Unter ihnen ist das BMW Unternehmen das prominenteste. Das deutsche BMW-Unternehmen erwirbt aktiv Anteile am vorgeschalteten Kohlefaserwerk und gründet ein Kohlefaser-Joint-Venture mit SGL zur gemeinsamen Entwicklung von kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen. Die Carbon-Faser-Technologie ist in BMW Serienmodellen weit verbreitet, was nicht nur die Stabilität der Zulieferer sichert. Verkürzen Sie den Produktionszyklus und reduzieren Sie die Kosten um 30%.
Ab 2015 erreichte die jährliche Produktionskapazität der Automobil-Kohlefaser der BMW Group 9.000 Tonnen. BMW hat in mehr als 30 Teilen des Midstream Kohlefaserverbundwerkstoffe eingesetzt, wobei Akustikplatten, Frontbügel und Sitzstrukturen den höchsten Anteil ausmachen.
2014 wurde das Karosserie-Elektrofahrzeug BMW i3 in Vollcarbon hergestellt und als erster Fahrzeughersteller Kohlefaser als Karosseriewerkstoff in großen Stückzahlen eingesetzt. Der BMW i3 wiegt nur 1195 Kilogramm, das sind 250 bis 350 Kilogramm weniger als herkömmliche Elektrofahrzeuge. Es hat auch den Kollisionssicherheitsschutz der höchsten Leistung. Die Batteriekapazität beträgt nur 20 kWh und die Reichweite beträgt 160 Kilometer, was 52% höher ist als die Reichweite des traditionellen Elektrofahrzeugs. . Darüber hinaus trägt der BMW i8 Kohlefaser an Karosserie und Innenraum auf und hält das Gesamtgewicht des Fahrzeugs bei 1.540 kg. Am 1. Juli 2015 wurde im Werk Dingolfing der neue BMW 7er der 6. Generation offiziell in Betrieb genommen. Dies ist das erste BMW Kernprodukt, das die perfekte Kombination von industriell gefertigten Kohlefaserwerkstoffen, hochfestem Stahl und Aluminium erreicht. .
4) Zusammenfassung - Anwendung von Kohlefasern im Automobilbereich
1) Leichtgewicht. Wenn Kohlenstofffasern in Automobilen verwendet werden, ist der offensichtlichste Vorteil für die Automobilherstellung, dass sie leicht sind und die direkteste Auswirkung Energieeinsparung, Beschleunigung und Bremsleistung ist. Im Allgemeinen wird das Fahrzeuggewicht um 10% reduziert, der Kraftstoffverbrauch wird um 6% bis 8% reduziert, die Emission wird um 5 bis 6% reduziert, die Beschleunigung von 0-100 km / h wird um 8-10% erhöht und der Bremsweg ist um 2 bis 7 m verkürzt.
2) Sicherheit. Die leichte Karosserie kann den Schwerpunkt des Fahrzeugs senken, die Lenkstabilität des Fahrzeugs verbessern und der Betrieb des Fahrzeugs wird sicherer und stabiler. Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe weisen eine ausgezeichnete Energieabsorption auf, und die Energieabsorptionsfähigkeit einer Kollision ist sechs- bis siebenmal so groß wie bei Stahl und drei- bis viermal so groß wie bei Aluminium, was die Sicherheit von Automobilen weiter gewährleistet.
3) Zuverlässigkeit. Kohlefaserverbundwerkstoffe haben eine höhere Dauerfestigkeit. Die Ermüdungsfestigkeit von Stahl und Aluminium beträgt 30 bis 50% der Zugfestigkeit, während Kohlenstofffaserverbundstoffe 70 bis 80% erreichen können. Daher haben Kohlefaserverbundstoffe, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, eine Zuverlässigkeit für Materialermüdung. Große Verbesserung.
4) Reduzieren Sie den Entwicklungszyklus. Da Kohlefaserverbundwerkstoffe im Vergleich zu Metallen leistungsfähiger sind, sind sie einfacher zu montieren, modularer und integrieren die Körperentwicklung. Auf diese Weise können die Hybridkörperstruktur des Kohlefaserkörpers und die Metallplattform für die traditionelle Kraftfahrzeugkarosseriestruktur modularisiert und integriert werden, die Teilearten werden stark reduziert, die Werkzeuginvestition wird reduziert und der Entwicklungszyklus wird verkürzt.
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