汽车碳纤维复合材料的连接及粘结剂

放大  缩小 日期:2020-05-08     作者:汽车材料网    评论:0      
核心提示:【汽车碳纤维】汽车作为一个代步工具,一直都在朝着高性能低油耗的方向发展,而这就不得不提到轻量化。轻量化的发展通常是通过优化结构设计和选择高性能材料替代传统材料来达成,在汽车结构中,结构设计已较为成熟,
        【汽车碳纤维汽车作为一个代步工具,一直都在朝着高性能低油耗的方向发展,而这就不得不提到轻量化。轻量化的发展通常是通过优化结构设计和选择高性能材料替代传统材料来达成,在汽车结构中,结构设计已较为成熟,在替代材料方面,碳纤维是各大汽车厂商心目中的不二人选。

根据苏州挪恩复合材料介绍,碳纤维是一种含炭量在90%以上的高强度高模量纤维,不仅拥有高的比强度和比模量,还具备耐腐蚀耐高温等诸多优点,应用于汽车领域,可满足汽车轻量化的要求,并且汽车性能得到一定的提高,油耗也有所降低。

碳纤维由于材质特殊,异种材料连接也逐渐成为新材料应用面临的一个重要问题。碳纤维复合材料连接固定的方式主要有三种方式:

(1)机械紧固;

(2)粘结剂粘接;

(3)焊接/熔接。

机械紧固连接

一般使用铆钉和螺栓,是最普及一种连接方式。对汽车行业来说,机械紧固连接方式有许多不足之处,如:重量增加、应力集中、部件之间的交迭、高公差的要求、电蚀性等。但是,从另一方面说,机械连接不需要对表面进行处理或后续的抛光,这样重复拆卸就很方便(如:检查、维修和回收)。相对而言,对环境的影响也不是很敏感,如温度的影响等。

焊接/熔接连接

主要应用于热塑性汽车复合材料部件,主要优点是:良好的机械性能、连接处的耐用性、加工时间短,易于在线检测以及部件表面处理要求低等。可用于热塑性汽车复合材料的焊接/熔接连接方法主要有三种:超声波焊接/熔接、电感应焊接/熔接以及电阻焊接/熔接。但其也存在以下不足之处:不易拆卸、需要添加导电性的填料(针对电感应焊接/熔接)、需要使用金属网(针对电阻焊接/熔接)、可允许的碳纤维含量很低(所有三种焊接/熔接工艺)等。

粘结剂粘接

相对于机械紧固连接来说具有以下优点:减轻结构重量,外观平整光滑,改善疲劳强度,适应性强,最适合薄壁部件的连接,粘接工艺简单,可缩短生产周期等。但粘结剂粘接也存在一些缺点,如:另部件的工作温度范围不高;粘接质量易受不同因素影响,产品性能的分散性较大;没有可靠的检验方法;粘接面的表面处理和粘接工艺过程要求较严;需要专用的加热加压处理粘接工装等。因此,在一些重要的部件和连接位置,往往会采用粘接与某一种机械紧固连接的混合连接固定方法,既充分利用了粘接的优点,又确保了连接部位的足够强度和可靠性。

粘结剂的种类

一般来说,汽车复合材料结构粘结剂通常使用环氧树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸酯树脂为基础的三大类粘结剂:

环氧基粘结剂:对复合材料、热固性塑料和金属粘接性极好;强度、挠度和弹性都很高;固化过程收缩性最小。分为单、双组份两种。单组份环氧粘接剂要求热固化,应用条件要求很严。

聚氨酯基粘结剂:对绝大部分复合材料和塑料的粘接性极好;对金属的粘接性较好;机械性能从刚性到挠性范围大;持久性好;但加工过程中对潮湿敏感;固化速度的范围较广。

丙烯酸基粘结剂:对复合材料和热固性塑料的粘接性极好;对金属的粘接性好;允许被粘件进行较差的预处理;能达到高强度与高韧性的最佳结合;耐化学性好,有效使用期长;固化速度快;但有恶臭;固化过程中收缩性较高。

以上三种连接方式是碳纤维复合材料较长使用的三种连接方式,可满足当前碳纤维复合材料产品设计及开发需求。对于不同连接方式选择需要根据具体使用情况和设计要求来确定。随着汽车复合材料产品的轻量化指标及批量化生产进程的发展,碳纤维复合材料连接设计技术还有很多更新完善的空间和潜力。

 
 
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