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      熱塑性復合材料代替金屬可延長電池壽命,還能減重回收

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      文章來源 | 工程塑料應用

       

      據報道,西班牙技術中心AIMPLAS獲得巴倫西亞地方政府資助,將開展VETERIA21項目,為熱塑性復合材料開發新的、更有效的轉化工藝,以便可替代電動汽車電池的金屬成分。

       

      這些材料可確保大幅減輕車輛的質量,從而延長電池壽命。不僅如此,這些材料還可回收,因此符合循環經濟。而目前的鋰離子電池模塊由不銹鋼和鋁制成,外形大且質量大,占車輛質量的20%到30%。

       

      一般來說,金屬部件占汽車總質量的73%。因此熱固性復合材料是電池外殼的輕質替代品。但其可回收性和生產率不高,而熱塑性復合材料具有較高的可回收性和生產率,可以作為熱固性復合材料的替代物。

       

      熱塑性復合材料逐漸成為汽車減重的主要材料。此外,該材料還在機械阻力方面具有優勢,且可適應不同制造工藝、具有較短的制造周期、能與其它材料結合,并具有可焊接性、易回收性和對循環經濟的適應性。

       

      1 熱塑性復合材料的興起

       

      熱塑性樹脂和熱塑性復合材料特別是對于短纖維的應用已經存在了一段時間。但是,由于越來越需要在不損失結構穩定性的情況下增加輕量化,特別是在汽車工業中,熱塑性復合材料引起了新的關注。

       

      一個具體的例子是使用熱塑性復合材料來減輕車門內部組件質量的潛力。實際上,一家日本大型汽車制造商最近開始采用熱塑性復合材料重新設計其內門部件??梢韵嘈?,這種材料可以使門的質量減少近一半。

      熱塑性復合材料在復合材料工業中的成功應用將取決于開發產品和有效工藝的企業。

      采用更多的熱塑性樹脂不僅使汽車受益,尤其是由于新的商用飛機通常包含超過50%的復合零件。

      熱塑性復合材料很容易應用于運輸市場的原因很多。與其它材料相比,該材料制成的組件可以焊接,從而減少了對粘合劑的需求,并且可以包覆成型以生產具有卓越力學性能的先進幾何形狀。

      熱塑性樹脂應用普遍的優勢在于,它們可以無休止地軟化和重整,而不會顯著降低物理性能。熱塑性產品一旦達到其生命周期的盡頭,就可以將其熔融并重整以用于新的用途,從而減少了材料的浪費。從材料本身的物理特性以及不適合使用熱固性材料的潛在新應用中可以發現其它優勢。

      在熱塑性拉擠成型成為主流之前,仍有許多研究需要完成,特別是因為大多數生產方法都適合熱固性樹脂,因此必須加以調整。

      熱塑性樹脂顯示出巨大的應用潛力,可以生產易于回收的堅固、輕巧的復合材料。盡管現在不是放棄久經考驗的熱固性復合材料的明智之舉,但還是要重視熱塑性復合材料的發展,特別是在將可持續性放在首位的情況下。

       

      2 復合材料在汽車上的應用

       

      復合材料在汽車上主要可應用于發動機罩、翼子板、車頂、行李箱、門板、底盤等結構件中。碳纖維最初主要應用于賽車當中,隨著車用復合材料技術的不斷成熟發展,現在也被廣泛地應用于超級跑車和高價值民用轎車上。在商用車應用上,也逐漸從重型卡車中延伸到大巴車和輕型小卡。

       

      1、主承載車身結構件

      為了確保足夠的安全性能,在主承載車身結構件上汽車廠商通常要選擇強度、剛性及耐沖擊性能均很高的材料用于制作主承力結構件,這時碳纖維增強環氧樹脂復合材料就成為理想的材料選擇。該復合材料具有可設計性,質輕高強,與同體積的鋁合金構件相比減重可達50%,耐沖擊、耐腐蝕、抗疲勞, 材料壽命長,此類材料制作的主承載車身結構件,不僅大大提高了汽車的安全性,而且降低了車的質量,減少了燃油消耗,提高了經濟性,另外還改善了美觀性。

       

      2、次承力結構件

      次承力結構件主要包括:車門、發罩、行李艙門、前后杠、翼子板、擾流板等部件,其結構大都為層合實體結構和復合材料三明治夾心結構。三明治結構特點是蒙皮選用高強度、高模量材料制作,承受較大的彎曲負荷;芯材選用一定剛度和強度的低密度材料,其抗剪切性能突出,可承受較大的沖擊載荷;膠結層將蒙皮和芯材連接在一起,承受剪切應力;由于選用低密度芯材,質量會進一步降低。

       



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