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可以用木塑、草塑复合材料压铸出汽车车体吗?

添加时间:2019-03-20 来源:铭泰木塑

碳纤维塑料复合材料可以用来制造飞机体,木材也用来制造过飞机机体,请问木塑、草塑复合材料,可以用来制造汽车车体吗? 木塑、草塑复合材料是把木屑或草屑压实干燥处理后,和热塑性塑料粉末或热固性树脂混合成为半流体,再用注塑或压塑工艺成型。 此种材料轻便(密度低于1g/m3)不锈蚀,可以通过表面压一层铝箔来抗紫外线老化,可以添加阻燃剂达到阻燃效果,达到相同的强度需要的重量低于钢材,车体非关键部位并不需要耐高温,…能不能用树脂基复合材料造车不是用刨花板造车,而是用刨花板的压铸工艺(刨花板是刨花+树脂在模具里高压成型的,把模具换成车体形状的模具,做成一体的)

 

当然可以,但是增强体不是木质素这类天然纤维素,而是碳纤维或者玻璃纤维,碳纤维车身的汽车早就量产了。

用木屑或者草屑制成的材料主要问题是均匀性太差,极容易在受载时形成局部应力集中然后形成微小裂纹,然后裂纹进一步集中应力,然后咔嚓。就拿铸铁来说,铸铁的材料均一性比肉眼都能看见颗粒的惠州木塑板好得多吧,但是汽车的悬架支臂若是使用铸铁材料,就不能用最常见的灰口铁,必须使用均匀性更好的等温淬火球墨铸铁或者蠕墨铸铁。甚至是铝合金这样的材料,如果工艺不过关导致晶粒过大,都容易出现材料失效。要知道这些“晶粒”,那是得用金相显微镜才能看到的材料组织。

长纤维增强复合材料的失效模式和金属材料又不一样。这类材料的力学特性是各向异性的,碳纤维材料顺着纤维丝的方向扯扯不断,但是如果像手撕鸡肉一样从另一个方向上施力,就容易将纤维与纤维之间剥开,所以这些材料要在多个方向进行编织。碳纤维成型一般是将纤维编织成纤维布,然后纤维布一层层按方向错开用树脂基材粘合后进行加温烘烤。木屑板当中的纤维材料太短,不足以用这样的模式进行加工。

再说修复。

其实不管什么材料,整块都换的成本并不比钣金高多少,只是厂家贪心把备件当利润来源才导致车壳子修起来贵。复合材料车体被撞了,可以用树脂填料修补,我看人修过玻纤PVC管道,其实很简单。

我不知道“整块更换的成本不比局部维修高”这样的观点是哪里来的……惠州木塑

碳纤维之所以没有广泛使用,就是因为贵。材料成本高、工艺成本高、修复成本高。一辆普通紧凑型轿车的前机盖淘宝拿副厂货一般是800-900(原厂的价格水就深了,放这里讨论材料成本没什么说服力),而同样是副厂货,碳纤维机盖起步2000,目测还是比较次的低模量纤维,好的像是Anderson,基本都得6000往上。

然后是修复。

复合材料修复后很难保证应力传递的路径还跟原先的设计保持一致。修管道和修车身是两回事!!!管道不受载!车身受载!车身受载失效是要出人命的!

另外,在车身上运用碳纤维还有另一个设计要素——溃缩。

碳纤维和金属材料相比,刚度更高。而这就会带来一个问题。目前,车身设计必须考虑到溃缩吸能,在发生碰撞的时候,车身前后发生形变,吸收相当一部分动能,保持驾驶舱尽可能完整、人员受到的冲击尽可能低。

但是碳纤维符合材料是没有塑性形变一说的,因此,只要是足以让金属车身发生溃缩的撞击,发生在碳纤维车身上就是这个样子:

Scuderia Ferrari 进行碳纤维 F1 鼻锥碰撞测试

在设计阶段,就必须要保证碳纤维结构会在碰撞的时候粉碎掉。太高的强度和刚度在车身碰撞结构上是不被允许的。

那这时候怎么修?

金属材料因为有塑性形变,还可以敲回来,但是!这只限于车身表面覆盖件,对于现代意义上的“车身”,覆盖件只是一部分,还有相当一部分车身是这样的:

如果撞了之后4S店告诉车主“大梁坏了”,就是指的这部分车身发生了塑性形变,这样的车即便是修过来了,车主无所谓继续开,后续卖二手也只能卖个象征价。

金属车身都是这样,复合材料车身如果伤到骨架,那就非常头大了。都不用说汽车,碳纤维自行车摔一下之后,有些经验的人再骑这辆车都会嘀咕,不知道车架哪里可能有了裂纹,而且碳纤维自行车车架裂了之后处理方法只有一种——报废。8000多块。

碳纤维车身的成本远高于自行车车架。因此,设计时考虑可维护性就比较重要了。以往碳纤维车身多出现在顶级跑车上,一方面车主会比较小心,另外一方面就算是不小心导致整车报废,这些有钱的主顶多就是懊悔+心疼几天,所以在可维护性上考虑得不是特别多,但是最近40万级别的车也开始使用全碳车身,这时候如果还是撞一下伤到骨架就整车报废,这就过分了。所以BMW在设计i3和i8的时候,专门设计了可裁切修复的车身结构。这就是说,复合材料车身如果考虑到可修复性,整个设计思路都会和金属车身完全不同。

如果我猜得不错,这些裁切线应该不是随意设计的,而是根据应力传递路径进行设计的。将裁切修复对车身受载影响降到最低。换句话说,哪怕是伤了一小块,也绝对不能自作主张切下那一小块修复,必须严格按照裁切线切下来整块更换。

所以复合材料车身绝对不是你想象中那样,撞了个洞拿树脂糊上那么简单。

最后再说一下有一种材料还真的和刨花板很类似的复合材料——Forged Composite。当然,再次强调,增强材料是短纤维碳纤维,不是木屑。

Lamborghini Huracane Performante上就运用了这种材料。

它的运用是在扰流板这样的区域,其强度仍然无法胜任车身的制造。长纤维碳纤维复合材料在经过多方向编织压制后的总体强度依然远超过Forged Composite材料。

其实用一个理论就可以解决这类疑问:

如果你觉得某种设计或者某种材料比现有的设计或者材料更好,不妨想一想,全球在汽车研发领域整天搞事情的工程师保守估计有几十万人,如果真的有某种材料力学性能好、加工成本低、维护成本低,发展了一百多年精明得脑袋冒烟的汽车工业早就拿来大规模使用了。它没有满大街都是的理由只有一个——它的性能和经济型必然有无法让汽车厂商满意的短板,一切并非如你想象得那么简单。

首先,损伤容限和韧性太低。飞机外壳可以用复合材料,因为除了运行李的车驾驶失误可能碰上以外,基本不会有人碰它。F1同理,碰了就换掉。汽车外壳用复合材料,被街边电动车来一下整块都得换,钣金就不要想了。迄今为止钢仍旧是韧性最好的人造材料第二,刚度。用碳纤维复合材料可以达到很高的刚度,不等于用木塑和草塑可以。第三,体积。达到相同的强度需要的重量低于钢材,这个说法是不对的,应该说是此种材料比强度大于钢,所以相同重量的构件能承担更多的载荷。但是,重点在于相同承载能力下,用此种材料的体积也远远大于钢。想象一下一辆外壳厚度堪比火车的小汽车,或者框架截面尺寸堪比重卡的小汽车……
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