Con gli standard di emissione più severi e la vita a basse emissioni di carbonio accettata dalle persone, il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni sono diventati un tema di ricerca importante nell'industria automobilistica. Nel caso dell'innovazione a energia limitata, il lightweighting è una delle chiavi per risolvere i problemi.
Nel 2015, il volume totale delle vendite di veicoli a livello mondiale è stato di 89,1 milioni di unità, con un incremento del 2,2% rispetto agli 87,17 milioni di unità nel 2014. Si stima che la capacità produttiva raggiungerà 100 milioni di unità nel 2020. Nel 2015, la fibra di carbonio globale La domanda del mercato automobilistico ha superato le 10.000 tonnellate e si prevede che supererà le 20.000 tonnellate entro il 2020. Il tasso medio annuo di crescita raggiungerà il 21% nei prossimi cinque anni, che diventerà uno dei campi in più rapida crescita e più impegnativi.
1) Super running: il primo a introdurre la fibra di carbonio
Il motivo dell'introduzione di materiali compositi in fibra di carbonio nell'industria automobilistica è principalmente il fatto che le fibre di carbonio sono più rigide rispetto agli acciai convenzionali e all'alluminio, ma sono più leggere. Tuttavia, a causa dell'elevato costo, del lungo ciclo di produzione e della catena di fornitura instabile, l'industria automobilistica è la prima ad essere utilizzata in auto sportive super cari a basso volume e costose.
Nel 1981, la McLaren ha usato per la prima volta un telaio in fibra di carbonio integrato sulla sua Formula 1 MP4 / 1. Dopo il 2000, i produttori di supercar come Ferrari e Lamborghini iniziarono a utilizzare materiali compositi in fibra di carbonio per costruire automobili. La maggior parte delle altre case automobilistiche utilizza materiali in fibra di carbonio, che vengono utilizzati principalmente in alcune parti del corpo e interni. Lo scopo è quello di ridurre il peso ed evidenziare le prestazioni delle auto sportive di alta gamma.
2) Perdita di peso - la forza trainante per la crescita della domanda di fibra di carbonio
I severi standard governativi per il risparmio di carburante dei veicoli e le normative sulle emissioni di anidride carbonica sono importanti fattori trainanti dei compositi automobilistici in fibra di carbonio. La riduzione di peso complessiva del corpo è un mezzo molto efficace per controllare le emissioni di scarico. Per ogni 100 chilogrammi di riduzione del peso del veicolo, l'emissione può essere ridotta di 20 g / km e il veicolo medio deve perdere 245 kg per soddisfare gli standard di emissione richiesti. I veicoli elettrici devono perdere più del 50%. Tra tutti i materiali leggeri, i materiali compositi in fibra di carbonio sono gli unici materiali avanzati in grado di ridurre i componenti in acciaio del 50-60% e mantenere la stessa resistenza.
I paesi hanno emesso standard di emissione di biossido di carbonio negli ultimi anni. Nell'aprile 2010 e nell'agosto 2012, gli Stati Uniti hanno emanato norme per le emissioni di carburante per veicoli leggeri e le emissioni di gas serra per il 2012-2016 (Fase 1) e 2017-2025 (Fase 2), rispettivamente, che richiedono 2025 veicoli leggeri statunitensi. Il consumo medio di carburante è di 54,5 mpg. Il "Light Vehicle Pollutant Emission Limits and Measurement Methods (China Stage 6)" ("National Six Standards") è stato ufficialmente rilasciato il 23 dicembre 2016 e sarà ufficialmente implementato dal 2020. Secondo i requisiti standard, le emissioni di CO2 della Cina nel 2015 sarà 155 g / km e dovrà essere ridotto a 112 g / km nel 2020; nel 2015, il consumo medio di carburante sarà di 6,9 l / (100 km) e nel 2020 dovrà essere ridotto a 5,0 l / (100 km).
3) Scala e integrazione industriale - BMW introduce parti strutturali in fibra di carbonio
Allo stato attuale, i principali produttori automobilistici del mondo, tra cui BMW, Mercedes-Benz, Audi, GM, Ford, ecc., Hanno tutti esposto l'industria della fibra di carbonio e gradualmente hanno introdotto modelli che introducono la tecnologia delle fibre di carbonio. Tra questi, la società BMW è la più importante. L'azienda tedesca della BMW acquista attivamente quote nell'impianto di fibra di carbonio a monte e instaura una joint venture in fibra di carbonio con SGL per sviluppare congiuntamente materiali compositi rinforzati con fibre di carbonio. La tecnologia in fibra di carbonio è ampiamente utilizzata nei modelli di produzione BMW, che non solo garantisce la stabilità dei fornitori. Abbreviare il ciclo di produzione e ridurre il costo del 30%.
A partire dal 2015, la capacità produttiva annuale della fibra di carbonio per autoveicoli del BMW Group ha raggiunto le 9.000 tonnellate. BMW ha utilizzato materiali compositi in fibra di carbonio in oltre 30 parti del midstream, con pannelli acustici, staffe anteriori e strutture dei sedili che rappresentano la percentuale più elevata.
Nel 2014, il veicolo elettrico a corpo intero in fibra di carbonio BMW i3 è stato prodotto in serie, diventando il primo produttore di veicoli a utilizzare la fibra di carbonio come materiale per il corpo in grandi quantità. La BMW i3 pesa solo 1195 chilogrammi, ovvero 250-350 chilogrammi in meno rispetto ai veicoli elettrici convenzionali. Ha anche la massima protezione contro le collisioni. La capacità della batteria è di soli 20kwh e la gamma di crociera è di 160 chilometri, il che è del 52% più alto rispetto alla tradizionale gamma di veicoli elettrici da crociera. . Inoltre, la BMW i8 applica la fibra di carbonio al corpo e agli interni, mantenendo il peso totale della vettura a 1.540 kg. Il 1 ° luglio 2015, la nuova 6a generazione della BMW Serie 7 è stata ufficialmente messa in funzione nello stabilimento di Dingolfing. Questo è il primo prodotto principale di BMW per ottenere la combinazione perfetta di materiali in fibra di carbonio prodotti industrialmente, acciaio ad alta resistenza e alluminio. .
4) Riepilogo: applicazione della fibra di carbonio nel settore automobilistico
1) Leggero. Quando la fibra di carbonio viene utilizzata nelle automobili, il vantaggio più ovvio per la produzione automobilistica è che è leggero e l'impatto più diretto è il risparmio energetico, l'accelerazione e le prestazioni di frenata. In generale, il peso del veicolo viene ridotto del 10%, il consumo di carburante viene ridotto dal 6% all'8%, l'emissione viene ridotta dal 5 al 6%, l'accelerazione di 0-100 km / h viene aumentata dell'8-10% e lo spazio di frenata è ridotto da 2 a 7 m.
2) Sicurezza. Il corpo leggero può abbassare il centro di gravità del veicolo, migliorare la stabilità dello sterzo della vettura e il funzionamento del veicolo sarà più sicuro e più stabile. I materiali compositi in fibra di carbonio hanno un eccellente assorbimento di energia e la capacità di assorbimento di energia della collisione è da sei a sette volte quella dell'acciaio e da tre a quattro volte quella dell'alluminio, il che garantisce ulteriormente la sicurezza delle automobili.
3) Affidabilità. I materiali compositi in fibra di carbonio hanno una maggiore resistenza a fatica. La resistenza a fatica di acciaio e alluminio è del 30-50% della resistenza alla trazione, mentre i materiali compositi in fibra di carbonio possono raggiungere il 70-80%. Pertanto, i materiali compositi in fibra di carbonio utilizzati nelle automobili hanno affidabilità per l'affaticamento del materiale. Ottimo miglioramento
4) Ridurre il ciclo di sviluppo. Poiché i materiali compositi in fibra di carbonio sono più ingegnerizzabili dei metalli, sono più facili da gestire, modulare e integrare lo sviluppo del corpo. In questo modo, la struttura del corpo ibrido del corpo in fibra di carbonio e la piattaforma metallica possono essere modularizzati e integrati per la tradizionale struttura della carrozzeria dell'automobile, i tipi di parti sono notevolmente ridotti, l'investimento di attrezzature è ridotto e il ciclo di sviluppo si riduce.
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XIAMEN LFT COMPOSITE PLASTIC CO., LTD.
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