專利不僅是對創新知識產權的保護,同時也為行業發展提供客觀的大數據。通過分析比較國內外專利大數據,對當前火熱的碳纖維增強熱塑性復合材料進行分析,梳理總結了碳纖維增強熱塑性復合材料在汽車上的應用。
先進的碳纖維增強塑料及熱塑性復合材料是近年來國際復合材料領域發展速度快的高新科技前沿技術之一,是國內外科研部門和材料企業都投入巨資和人力競相開展研究、開發與應用的一種高性能化、綠色環保化的新材料。
通過選擇原材料如碳纖維(CF)、熱塑性樹脂基體(plastics)和添加劑的種類、配比、加工成型方法、含量和碳纖維(單絲和編織物)鋪層數量與方式進行多組份、多相態、多尺度的宏觀與(亞)微觀的復合成形過程(物理過程和化學過程)制備復雜結構與性能的CFRTP新材料,并且可以根據產品要求進行復合材料精細化結構與預定化性能的智能化、自動化、高效化的設計與精密生產制造,從而可使碳纖維復合材料達到不同物理、化學、機械力學和特殊功能,從而使各種CFRTP復合材料制品具有設計自由度大、尺寸穩定、翹曲度低、抗疲勞、抗老化、耐蠕變等顯著優點。CFRTP既可以部分替代價格昂貴的工程塑料和CFRP材料制品,也可以部分替代輕質金屬材料(如鋁鎂合金)。
先進的碳纖維復合材料(包括CFRP和CFRTP)給汽車和零部件制造業帶來突出優勢,可以表現在:
1、輕量化:汽車輕量化直接影響的就是節能、加速、制動性能的提升。車重減小10%,油耗降低6~8%,排放降低5~6%,0-100km/h加速性提升8-10%,制動距離縮短2~7m。
2、安全性:車身輕量化可以使整車的重心下移,提升了汽車操縱穩定性,車輛的運行將更加安全、穩定,具有的能量吸收率,碰撞吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍,這進一步保證了汽車行駛的安全性。
3、舒適度:具有更高的震動阻尼,輕合金需要9秒才能停止震動,2秒就能停止,對于整車NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度)的提升貢獻同樣很大,會大幅增強汽車行駛的舒適性。
4、可靠性:具有更高的疲勞強度,鋼和鋁疲勞強度是抗拉強度的30-50%,可達70-80%,材料疲勞可靠性有較大提升。
5、提升車身開發水平:可設計性比金屬強,因此更易于車身開發的“平臺化、模塊化、集成化”。車身及金屬平臺的混合車身結構對于傳統汽車車身結構而言,可以做到大大減少零件種類,減少工裝投入,縮短開發周期。尤其對于新能源汽車企業,車身不僅可以節約沖壓、焊裝生產線及模、夾具的投入,減輕固定資產占資配比,優化企業資產配置結構,而且在市場宣傳上更具影響力。