汽車用輕量化碳纖維課件

1--總投資9.7億日元--實施期間2003-2007汽車用輕量化碳纖維強化復合材料的開發(fā)－－課題介紹－－日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)(NEDO)課題1--總投資9.7億日元汽車用輕量化碳纖維日本新能源產(chǎn)業(yè)2前言11.1

研究背景●全球變暖●油價急漲今后10年必將是把輕量型高性能材料的CFRP應用于汽車領(lǐng)域的研究最后10年的黃金開發(fā)時期●環(huán)境污染嚴重●節(jié)能減排汽車用輕量化碳纖維強化復合材料的開發(fā)日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)(NEDO)課題由于日本的冶金工業(yè)發(fā)達、鋼材質(zhì)優(yōu)價廉，直到20世紀80年代中期，日本才正式開始積極研發(fā)FRP汽車部件。直到今日,其應用主要限于汽車部件，對于CFRP在汽車中大規(guī)模的應用，從經(jīng)濟效益、批量生產(chǎn)、組裝加工技術(shù)、安全設(shè)計等方面看，都還沒有達到實際應用水平。2前言11.1研究背景●全球變暖●油價急漲今后10年31.2

研究的主要內(nèi)容●

4個子課題為了能將CFRP確實應用于實際,本課題從部件生產(chǎn)加工,整車組裝,行駛安全及再生利用等四個方面進行了全方位的研究?！耖_發(fā)目標與目前正在使用的汽車用軟鋼鋼板結(jié)構(gòu)相比,自重減半,安全性能提高50%的CFRP車身結(jié)構(gòu).同時,還將研發(fā)汽車成型時間在10分鐘以內(nèi),低成本,可大量生產(chǎn)的制造技術(shù).并開發(fā)了基于LCA再生利用技術(shù).1.超高速一體成型樹脂及其成型技術(shù)的開發(fā)2.汽車用CFRP聯(lián)結(jié)技術(shù)的開發(fā)3.車身安全設(shè)計技術(shù)的開發(fā)4.再利用技術(shù)的開發(fā)31.2研究的主要內(nèi)容●4個子課題為了能將CFRP確實41.3

課題的性質(zhì)，定位特別是車輛輕量化技術(shù),定位為可以大幅提高單位油耗行駛路程的關(guān)鍵技術(shù).經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省提出了,開發(fā)低能耗,安全可靠的新一代汽車的,輕量,高強度的創(chuàng)新型材料,作為強化國際競爭力的重要課題.●高風險研究為NEDO“中長期,高風險研究開發(fā)事業(yè)”34個研究課題中,開發(fā)低能耗技術(shù)課題中的一個●作為節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)●作為強化國際競爭力的重要課題41.3課題的性質(zhì)，定位特別是車輛輕量化技術(shù),定位為經(jīng)濟5超高速一體成型樹脂及其成型技術(shù)的開發(fā)22.1超高速一體成型樹脂的開發(fā)●可實現(xiàn)量產(chǎn)化硬化度時間10%

3.5分90%

6分即如能讓樹脂在前3.5分鐘內(nèi)完成注入,則可在其后的2.5分鐘內(nèi)基本完成硬化過程CureIndex（%）Time（minutes）CuredFlowableIsothermal100°CEpoxyAHi-cycle

BHi-cycleA快速一體成型用的RTM成型樹脂的特性汽車成型時間在10分鐘以內(nèi)●快速成型B樹脂的特性5超高速一體成型樹脂及其成型技術(shù)的開發(fā)22.1超高速一體成6

2.2高速樹脂含浸成型技術(shù)開發(fā)了多點注入法。本手法的含浸時間與成型品的大小無關(guān).只要改變注入孔數(shù).不過,要確定孔數(shù)及位置,需要通過電子仿真來決定.用CFRP的中間基材的保形性,由纖維的配向角決定.可以利用不同纖維配向角而引起的纖維間的剪切變形的極限角度改變其造型結(jié)果.2.3立體成型造型/保形技術(shù)62.2高速樹脂含浸成型技術(shù)開發(fā)了多點注入法。本手法7汽車用CFRP聯(lián)結(jié)技術(shù)的開發(fā)3●必要性

已經(jīng)在眾多的環(huán)氧樹脂及堿性粘結(jié)劑中選出了兩種能防止熱老化防濕及其耐疲勞的粘結(jié)劑CFRP與異質(zhì)材料部件的使用部位車體由數(shù)個板塊組成●粘結(jié)劑的開發(fā)

7汽車用CFRP聯(lián)結(jié)技術(shù)的開發(fā)3●必要性已經(jīng)在眾多的環(huán)氧8強度設(shè)計CFRP復合材料的單純的平板接頭，在兩個端部容易產(chǎn)生應力集中耐久性已經(jīng)完成了熱老化，耐吸濕，疲勞試驗?，F(xiàn)在正在做糯變試驗CFRP與異質(zhì)材料部件的分離分離前分離后●接合部的力學性能

●接合與再生利用

已經(jīng)開發(fā)了含有膨脹黑鉛的解體型的接合劑，成功地分離并回收了CFRP和金屬部件。8強度設(shè)計CFRP與異質(zhì)材料部件的分離分離前分離后●接合部的9車身安全設(shè)計技術(shù)的開發(fā)4●CFRP角柱筒前面沖擊主要為引擎周圍部件在壓縮方向上利用變形而吸收能量側(cè)面沖擊主要是門周圍部件因彎曲而吸收能量4.1

沖擊形態(tài)4.2

沖擊仿真技術(shù)的確立解析結(jié)果初期沖擊負荷與實驗結(jié)果相當一致總體上有相同的變化趨勢FRP的破壞時的負荷-位移曲線9車身安全設(shè)計技術(shù)的開發(fā)4●CFRP角柱筒前面沖擊主要為引10●CFRP/鋁混合材料混合梁與不銹鋼梁的比較最大位移的吸收能不銹鋼梁，1500-1900J，混合梁，1822J每單位重量吸收能量不銹鋼1027-1301J/KG，混合梁1510J/KG。負荷與位移曲線破壞模式實驗結(jié)果與解析結(jié)果的比較解析結(jié)果與實驗結(jié)果的比較誤差為3.7%。10●CFRP/鋁混合材料混合梁與不銹鋼梁的比較負荷與位移11●三維CFRP角柱筒與金屬材料相比金屬與FRP的破壞時的負荷-位移曲線當負荷達到某一臨界值后,金屬材料的負荷會在一個較大的振幅下反復振動,而復合材料的振幅很小,具有平穩(wěn)的破壞過程DisplacementPlasticdeformation(a)MetalDisplacementProgressivecrushing(b)FRPLoadLoad4.3

沖擊吸收用CFRP部材的開發(fā)11●三維CFRP角柱筒與金屬材料相比金屬與FRP的破壞12再利用技術(shù)的開發(fā)5找出玻璃轉(zhuǎn)移溫度Tg保持在100度，超過100度后會迅速軟化的樹脂分子骨架5.1樹脂與鋼,鋁等分離技術(shù)的開發(fā)

●構(gòu)造用解體性接合劑的開發(fā)思路

要開發(fā)的解體劑粘合劑的性能12再利用技術(shù)的開發(fā)5找出玻璃轉(zhuǎn)移溫度Tg保持在100度，超13縮水甘油基鄰苯二甲酸的酰亞胺，（Glycidyl

Phthalic

Imide）混合物系列，在有效地降低橡膠彈性率的同時，Tg下降的程度比較小的樹脂?！駱?gòu)造用解體性接合劑樹脂組成的設(shè)計

13縮水甘油基鄰苯二甲酸的酰亞胺，（GlycidylPh14CFRP切碎,射出成型--最便宜,高速5.2汽車用CFRP再生利用技術(shù)的開發(fā)

●方法

●性能

反復數(shù)次后再生的CFRP材料,也具有和GFRP射出成型材料同等以上的力學特性14CFRP切碎,射出成型5.2汽車用CFRP再生利用技術(shù)151）在部件生產(chǎn)加工上,已經(jīng)研發(fā)了汽車成型時間在10分鐘以內(nèi),低成本,可大量生產(chǎn)的制造技術(shù)結(jié)論42）在汽車用CFRP聯(lián)結(jié)技術(shù)的開發(fā)上，已經(jīng)選出了兩種能防止熱老化，防濕及耐疲勞的粘結(jié)劑3）在行駛安全上,開發(fā)了與目前正在使用的汽車用軟鋼鋼板結(jié)構(gòu)相比，自重減半，安全性能提高50%的CFRP車身結(jié)構(gòu)4）在再生利用上，開發(fā)了能夠?qū)渲c鋼、鋁等分離的技術(shù)

,以及探明了將CFRP切碎,射出成型后再利用的方法151）在部件生產(chǎn)加工上,已經(jīng)研發(fā)了汽車成型時間在10分鐘以16--總投資9.7億日元--實施期間2003-2007汽車用輕量化碳纖維強化復合材料的開發(fā)－－課題介紹－－日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)(NEDO)課題1--總投資9.7億日元汽車用輕量化碳纖維日本新能源產(chǎn)業(yè)17前言11.1

研究背景●全球變暖●油價急漲今后10年必將是把輕量型高性能材料的CFRP應用于汽車領(lǐng)域的研究最后10年的黃金開發(fā)時期●環(huán)境污染嚴重●節(jié)能減排汽車用輕量化碳纖維強化復合材料的開發(fā)日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)(NEDO)課題由于日本的冶金工業(yè)發(fā)達、鋼材質(zhì)優(yōu)價廉，直到20世紀80年代中期，日本才正式開始積極研發(fā)FRP汽車部件。直到今日,其應用主要限于汽車部件，對于CFRP在汽車中大規(guī)模的應用，從經(jīng)濟效益、批量生產(chǎn)、組裝加工技術(shù)、安全設(shè)計等方面看，都還沒有達到實際應用水平。2前言11.1研究背景●全球變暖●油價急漲今后10年181.2

研究的主要內(nèi)容●

4個子課題為了能將CFRP確實應用于實際,本課題從部件生產(chǎn)加工,整車組裝,行駛安全及再生利用等四個方面進行了全方位的研究?！耖_發(fā)目標與目前正在使用的汽車用軟鋼鋼板結(jié)構(gòu)相比,自重減半,安全性能提高50%的CFRP車身結(jié)構(gòu).同時,還將研發(fā)汽車成型時間在10分鐘以內(nèi),低成本,可大量生產(chǎn)的制造技術(shù).并開發(fā)了基于LCA再生利用技術(shù).1.超高速一體成型樹脂及其成型技術(shù)的開發(fā)2.汽車用CFRP聯(lián)結(jié)技術(shù)的開發(fā)3.車身安全設(shè)計技術(shù)的開發(fā)4.再利用技術(shù)的開發(fā)31.2研究的主要內(nèi)容●4個子課題為了能將CFRP確實191.3

課題的性質(zhì)，定位特別是車輛輕量化技術(shù),定位為可以大幅提高單位油耗行駛路程的關(guān)鍵技術(shù).經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省提出了,開發(fā)低能耗,安全可靠的新一代汽車的,輕量,高強度的創(chuàng)新型材料,作為強化國際競爭力的重要課題.●高風險研究為NEDO“中長期,高風險研究開發(fā)事業(yè)”34個研究課題中,開發(fā)低能耗技術(shù)課題中的一個●作為節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)●作為強化國際競爭力的重要課題41.3課題的性質(zhì)，定位特別是車輛輕量化技術(shù),定位為經(jīng)濟20超高速一體成型樹脂及其成型技術(shù)的開發(fā)22.1超高速一體成型樹脂的開發(fā)●可實現(xiàn)量產(chǎn)化硬化度時間10%

3.5分90%

6分即如能讓樹脂在前3.5分鐘內(nèi)完成注入,則可在其后的2.5分鐘內(nèi)基本完成硬化過程CureIndex（%）Time（minutes）CuredFlowableIsothermal100°CEpoxyAHi-cycle

BHi-cycleA快速一體成型用的RTM成型樹脂的特性汽車成型時間在10分鐘以內(nèi)●快速成型B樹脂的特性5超高速一體成型樹脂及其成型技術(shù)的開發(fā)22.1超高速一體成21

2.2高速樹脂含浸成型技術(shù)開發(fā)了多點注入法。本手法的含浸時間與成型品的大小無關(guān).只要改變注入孔數(shù).不過,要確定孔數(shù)及位置,需要通過電子仿真來決定.用CFRP的中間基材的保形性,由纖維的配向角決定.可以利用不同纖維配向角而引起的纖維間的剪切變形的極限角度改變其造型結(jié)果.2.3立體成型造型/保形技術(shù)62.2高速樹脂含浸成型技術(shù)開發(fā)了多點注入法。本手法22汽車用CFRP聯(lián)結(jié)技術(shù)的開發(fā)3●必要性

已經(jīng)在眾多的環(huán)氧樹脂及堿性粘結(jié)劑中選出了兩種能防止熱老化防濕及其耐疲勞的粘結(jié)劑CFRP與異質(zhì)材料部件的使用部位車體由數(shù)個板塊組成●粘結(jié)劑的開發(fā)

7汽車用CFRP聯(lián)結(jié)技術(shù)的開發(fā)3●必要性已經(jīng)在眾多的環(huán)氧23強度設(shè)計CFRP復合材料的單純的平板接頭，在兩個端部容易產(chǎn)生應力集中耐久性已經(jīng)完成了熱老化，耐吸濕，疲勞試驗。現(xiàn)在正在做糯變試驗CFRP與異質(zhì)材料部件的分離分離前分離后●接合部的力學性能

●接合與再生利用

已經(jīng)開發(fā)了含有膨脹黑鉛的解體型的接合劑，成功地分離并回收了CFRP和金屬部件。8強度設(shè)計CFRP與異質(zhì)材料部件的分離分離前分離后●接合部的24車身安全設(shè)計技術(shù)的開發(fā)4●CFRP角柱筒前面沖擊主要為引擎周圍部件在壓縮方向上利用變形而吸收能量側(cè)面沖擊主要是門周圍部件因彎曲而吸收能量4.1

沖擊形態(tài)4.2

沖擊仿真技術(shù)的確立解析結(jié)果初期沖擊負荷與實驗結(jié)果相當一致總體上有相同的變化趨勢FRP的破壞時的負荷-位移曲線9車身安全設(shè)計技術(shù)的開發(fā)4●CFRP角柱筒前面沖擊主要為引25●CFRP/鋁混合材料混合梁與不銹鋼梁的比較最大位移的吸收能不銹鋼梁，1500-1900J，混合梁，1822J每單位重量吸收能量不銹鋼1027-1301J/KG，混合梁1510J/KG。負荷與位移曲線破壞模式實驗結(jié)果與解析結(jié)果的比較解析結(jié)果與實驗結(jié)果的比較誤差為3.7%。10●CFRP/鋁混合材料混合梁與不銹鋼梁的比較負荷與位移26●三維CFRP角柱筒與金屬材料相比金屬與FRP的破壞時的負荷-位移曲線當負荷達到某一臨界值后,金屬材料的負荷會在一個較大的振幅下反復振動,而復合材料的振幅很小,具有平穩(wěn)的破壞過程DisplacementPlasticdeformation(a)MetalDisplacementProgressivecrushing(b)FRPLoadLoad4.3

沖擊吸收用CFRP部材的開發(fā)11●三維CFRP角柱筒與金屬材料相比金屬與FRP的破壞27再利用技術(shù)的開發(fā)5找出玻璃轉(zhuǎn)移溫度Tg保持在100度，超過100度后會迅速軟化的樹脂分子骨架5.1樹脂與鋼,鋁等分離技術(shù)