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1、,汽车工业用碳纤维复合材料 智能制造及装备技术,祝颖丹中科院宁波材料技术与工程研究所,2015.11.29,2015年先进复合材料工业应用国际论坛,新能源汽车,航空航天,风机叶片,电缆芯,体育运动,机器人,建筑,桥梁,测量,医学,海洋工程,高端农机,轨道交通,电缆芯,碳纤维复合材料是”中国制造2025”十大领域不可或缺的战略性轻量化材料碳纤维复合材料可大力推进”中国制造2025”五大工程的智能化制造新能源汽车碳纤维复合材料轻量化技术是世界各国的共同发展战略目标,“轻量化中国”对“轻量化材料”提出更高要求,研究背景,能源危机,环境污染,轻量化技术已经成为世界汽车发展的潮流和趋势,节能,环保,汽车
2、发展主题舒适安全,全球人口与日俱增 汽车年增长速度20%,燃料占石油的35%尾气占PM2.5来源24%,发展战略2020年CO2排放 95g/km,严格法规2020年油4.32L/100km,轻量化是最有效的技术手段之一,提升产品竞争力,加速性能：整备质量每 减重100kg，0-100km/h加 速性提升8-10%；制动性能：整备质量每 减重100kg，制动距离缩 短27m。安全性,节能减排,实际油耗：整备质量每 减重100kg，油耗降低约 0.4L/100km；尾气排放：整备质量每 减重100kg，尾气减少7%；新能源汽车的发展,研究背景,0.80.6,1,1.2,1.4,重量,等强度等 刚
3、度,比刚度对比,CFRP,碳纤维复合材料是汽车工业轻量化技术主流趋势,料0.50材0.40.390.32种0.2各01403钢 镁铝合金CFRP(普通型)CFRP(结构型)各种材料比强度对比汽车用主要材料比强度、比刚度下减重对比 独特的轻量化效果（等刚度或等强度下比钢材和铝合金分别减重50%和30%）结构整体化设计（大幅减小零件和紧固件数量，实现材料/功能/结构一体化设计）抗冲击性能强（能量吸收能力比金属材料高4-5倍）优异的抗疲劳、耐腐蚀性能 优良的减震性能,第一次汽车革命,福特生产流水线,碳纤维+新能源,第二次汽车革命,研究背景,全球首款全碳纤维车身量产车型(100辆/日)碳纤维车身151
4、kg(10min/套)，整车1250千克上百个零件车体改由34个碳纤维零部件组成主要通过RTM工艺成形，大量采用胶粘技术碳纤维产能扩充到9000吨，为目前的三倍,德 国,全球首款纯电动跑车(1500辆/年)整车重1200千克，电池重450kg碳纤维车身成型周期20min/套，40套/周,特斯拉Roadster,宝马I3,美 国,东丽TEEWAVE,日 本,复合材料车身达量产水平 自动化Th产水平全球领跑,整车846kg，碳纤维160kg AR1车身构造采用热固性CFRP，部分零部件采 用热塑性CFRP碳纤维车身仅3个部件(10min/套),为钢制 车体1/20,国内外发展状况,研究背景,奇瑞某
5、新车型碳纤维 复合材料前罩,上汽、长安、奇瑞、长城、北汽、东风、比亚迪等汽车主机厂都在进行碳纤维 复合材料研究，但是集中在零部件的轻量化，尚未形成车身量产技术,上汽荣威E50三明治结构 碳纤维引擎盖8kg-3kg,哈弗H6碳纤维改装车（前罩、前后保险杠）,材料所与奇瑞合作CFRP样车材料所与IAC合作CFRP样车,北汽Concept 900碳纤维鸥翼式车门,国内外发展状况,研究背景,通用 帝人,中国碳纤维及复合材料产业发展联盟组织单位：工信部引导、中国建材集团牵头，汽车轻量化由长安牵头 参与单位：近50家碳纤维上下游企业和科研院所项目目标：共同开发中国“宝马I3”碳纤维汽车产业链,日产/本田
6、东丽,戴姆勒 东丽,福特 陶氏,大众 西格里,丰田自动织机,国内外发展状况跨国公司已形成“碳纤维复合材料+零部件供应商+主机厂”的产业化布局,研究背景,碳纤维复合材料在汽车轻量化上的应用车用碳纤维复合材料的应用分类,研究背景,非连续纤维复合材料成型技术-LFT工艺,汽车轻量化用碳纤维复合材料量产技术,福建海源机械国内首条具有自主知识产权的LFT模压线,汽车轻量化用碳纤维复合材料量产技术,非连续纤维复合材料成型技术-LFT工艺Krauss-Maffei/Dieffenbacher公司长纤维增强热塑性复合材料（LFT）注塑和模压设备,非连续纤维复合材料成型技术-SMC工艺用树脂糊浸渍短切纤维形成的
7、 片状模压成型材料，将SMC片材按 制品尺寸形状及厚度等要求裁剪，然后将多层片材叠合后放入金属模 具中进行加热加压成型成制品。,汽车轻量化用碳纤维复合材料量产技术,国产汽车上的SMC零部件,梅德赛斯奔驰Coupe车型后尾门,重型载货车典型应用,Volvo FH/FM用发动机油底壳,汽车轻量化用碳纤维复合材料量产技术,连续纤维复合材料成型技术-缠绕成型缠绕成型是将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品,汽车轻量化用碳纤维复合材料量产技术,BMW M3用碳纤维复合材料传动轴 比纯钢结构轻了40%,三菱VO X用TORQLine碳纤维传动轴经过高
8、转（9000-10000转）及高扭矩（4000Nm）的测试,田86汽车的PST传动轴 重量为6.3kg，减轻4.64kg,连续纤维复合材料成型技术-缠绕成型缠绕成型主要适合于制备汽车传动轴和驱动轴等管材类的部件。,汽车轻量化用碳纤维复合材料量产技术,连续纤维复合材料成型技术-拉挤成型拉挤成型是将浸渍树脂胶液的连续纤维束、带或布等，在牵 引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地Th产 长度不限的型材，主要适合于Th产各种断面形状的型材，如 棒、管、实体型材（工字形、槽型、方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片等）。,汽车轻量化用碳纤维复合材料量产技术,连续纤维复合材料成型技术-拉挤成型,汽车轻量化用碳纤维复合材料量产技术,
