Áp dụng vật liệu tổng hợp sợi carbon trong ngành công nghiệp ô tô

Khi chúng ta bước vào thế kỷ 21, cuộc khủng hoảng năng lượng ngày càng trở nên nghiêm trọng và các quy định phát thải trên toàn cầu đang trở nên chặt chẽ hơn. Vấn đề khẩn cấp mà ngành công nghiệp ô tô cần giải quyết là làm thế nào để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải mà không ảnh hưởng đến sự an toàn và sức mạnh. Một phương pháp quan trọng để đạt được tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải là thay thế các vật liệu truyền thống như kim loại bằng các vật liệu nhẹ khác nhau, làm cho xe nhẹ hơn. Vật liệu composite sợi carbon, với trọng lượng nhẹ, cường độ cao, độ cứng cao, độ rung tốt và khả năng chống mỏi, và khả năng chống ăn mòn, đang ngày càng thu hút sự chú ý trong ngành công nghiệp ô tô, với các ứng dụng của chúng trong ô tô trở nên rộng hơn.

Sợi carbon và các vật liệu composite của nó là các vật liệu chính hỗ trợ sự phát triển của ngành công nghệ cao của quốc gia. Sau hơn 40 năm tích lũy và phát triển, Trung Quốc đã tạo ra nhiều bước đột phá trong nghiên cứu và phát triển sợi carbon và các vật liệu composite của nó. Tuy nhiên, ứng dụng của nó trong lĩnh vực ô tô vẫn tụt hậu so với hàng không vũ trụ và các lĩnh vực công nghiệp khác. Do đó, cần phải phân tích các vấn đề của vật liệu composite bằng sợi carbon trong việc áp dụng ngành công nghiệp ô tô của Trung Quốc, đề xuất các chiến lược phát triển hợp lý và thích ứng với nhu cầu cấp thiết của ngành công nghiệp ô tô để phát triển vật liệu.

Vật liệu composite sợi carbon, được tạo ra bằng cách kết hợp các vật liệu gia cố như sợi carbon với nhựa, kim loại, gốm sứ và các chất nền khác, tự hào về các chỉ số toàn diện cao nhất về cường độ cụ thể và mô đun cụ thể giữa các vật liệu cấu trúc hiện có, làm cho chúng trở thành loại composite được sử dụng rộng rãi nhất nguyên vật liệu.

So với vật liệu kim loại, vật liệu composite sợi carbon có nhiều đặc tính tuyệt vời và hiển thị những lợi thế rõ ràng khi áp dụng cho ô tô:

1) Chúng có mật độ nhỏ và cường độ cao.

2) Họ sở hữu độ bền tốt, khả năng chống va đập tuyệt vời và khả năng hấp thụ năng lượng.

3) Họ có giảm xóc cao và khả năng chống rung tốt.

4) Họ thể hiện hiệu suất kháng mỏi tuyệt vời.

5) Chúng có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn và hiệu suất kháng bức xạ.

6) Họ cung cấp các quy trình đúc khác nhau, khả năng thiết kế tốt và dễ dàng đạt được sản xuất các bộ phận tích hợp, rút ​​ngắn đáng kể chu kỳ phát triển và tiết kiệm chi phí.

Khi được sử dụng trong các bộ phận ô tô, vật liệu composite bằng sợi carbon không chỉ có thể đạt được trọng lượng nhẹ của ô tô, mà còn cải thiện đáng kể sự an toàn và thoải mái khi đi xe, đó là lý do tại sao chúng ngày càng được ngành công nghiệp ô tô ngày càng đánh giá cao.

1) Việc áp dụng các vật liệu composite sợi carbon cho các thân xe, khung gầm và các bộ phận chịu tải có thể đạt được giảm cân đáng kể trong khi đảm bảo an toàn. Kết quả nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Hệ thống Vật liệu Anh (MSL) cho thấy trong số các vật liệu được làm bằng các vật liệu khác nhau, những vật liệu làm bằng vật liệu composite bằng sợi carbon là nhẹ nhất, đặc biệt là so với thân thép, với tác dụng giảm trọng lượng hơn 53%.

2) Vật liệu composite sợi carbon có khả năng chống va đập tốt và khả năng hấp thụ năng lượng, cung cấp an toàn va chạm tốt khi được sử dụng trong thân xe và các bộ phận cấu trúc của chúng.

3) Vật liệu composite sợi carbon có hệ số suy giảm độ rung lớn và khả năng hấp thụ rung mạnh, không chỉ có thể làm giảm trọng lượng của xe khi được sử dụng trong hệ thống truyền và các bộ phận động cơ, mà còn có thể làm giảm độ rung và tiếng ồn, do đó làm tăng sự thoải mái khi đi xe .

4) So với vật liệu kim loại, việc sử dụng vật liệu composite sợi carbon để sản xuất thân xe có thể tiết kiệm khuôn kim loại phức tạp, dập, hàn và đầu tư sơn, và chi phí sản xuất tổng thể thấp hơn nhiều. Theo kết quả nghiên cứu của MSL, đối với một khối lượng sản xuất ô tô nhất định (dưới 20.000), chi phí chung của một thân xe làm bằng vật liệu composite bằng sợi carbon được sản xuất bởi việc đúc nhựa (RTM) thấp hơn so với thân xe của kim loại Công nghệ, cho thấy lợi thế kinh tế của vật liệu composite sợi carbon được sử dụng trong các thân xe trong sản xuất hàng loạt nhỏ. Do đó, nó có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ và lợi ích xã hội tốt trong việc phát triển các mô hình thân thiện với môi trường trong tương lai.