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可应用在BMW 7系碳纤维和金属的链接材料,可能来自于它

碳纤维复杂的工艺处理需要具备极高水准的专业技术。BMW智能轻质结构概念“Carbon core高强度碳纤维内核”被首次应用至全新BMW 7系,这一举措被认为是汽车工程领域的里程碑,改变了这个时代对车身轻量化技术的认知,也意味着更佳的驾驶舒适性和更出色的动态性。

高强度碳纤维内核Carbon core的应用能够显著且有针对性地减少车身重量,同时又提高车辆的稳定性。在车身扭转刚度方面,相对于上一代车型,不仅车身重量减少130公斤,还提高了舒适度和安全性。此外,智能混合结构和重量优化技术,保障了从整体到每个细节的一致减重,几乎达到完美的50:50轴载荷分布,并进一步降低重心。

但是金属材料与碳纤维复合材料连接需要面临的一个很大的挑战就是电化学腐蚀。

当两种不同的金属通过电解质相通时,即会产生电化学腐蚀,尽管碳纤维不是金属,但是其也是良好的导体,也和钢或者铝合金存在很大的电势差。金属间的腐蚀发生在金属连接处,虽然不会腐蚀碳纤维复合材料,但是却会侵蚀钢和铝合金。而且水就是最常见的电解液。

所以在宝马新7系中,碳纤维复合材料仅被用于车体关键结构件并且干燥的区域。另外通过结构胶,一方面实现不同零件粘接,同时也阻断碳纤维和金属材料的化学腐蚀发生路径,从而实现对电化学腐蚀的防腐。

对于金属和复合材料的连接工艺,除了结构胶的粘接以外,还需要与物理的铆接相结合。BMW对于多材料车身开发了不同的链接工艺,例如钢和铝合金之间的“fixed”概念,钢和CFRP之间为“swimming”概念。

对于复合材料与金属零件的胶结,因为不同种材料具有不同的热膨胀系数,所以结构胶要具有良好的韧性。

对此,swimming工艺中我们通过增加结构胶的厚度,来提高粘接韧性。

通过增加结构胶的厚度,我们可以实现更好的伸缩补偿量,更高的断裂延伸率,但是粘接强度会有所降低,同时会增加结构胶使用量进而增加成本。所以需要根据实际情况进行调整。(转载)

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碳纤维复合材料在高端汽车上的应用已经屡见不鲜,而并未能普及,不仅仅是因为成本这座大山,解决金属和碳纤维材料之间的结合,也是业界非常关注的有一个挑战。

文中内容中,我留到以下几点:

1. 金属材料与碳纤维复合材料连接产生的电化学腐蚀;

2. 金属材料和碳纤维复合材料结合间的热膨胀系数;

3. 要求结构胶需要良好的韧性及伸缩补偿量等;

4. 良好的粘接强度;

5. 使用成本;

以上几点,看起来并不陌生,在这个新材料铺天盖地的环境下,找到一款能解决,或者说改善以上问题点的综合性产品,似乎很难。但有关注我们公众平台的粉丝应该还能记得,我们在之前的文章中,有提到来自日本马自达公司所开发的铝合金+碳纤维复合材料的汽车B柱的这个案子。这个案子的应用思想,其实和上文中BMW 7系的应用非常接近,同时在面对上文我所罗列的五个问题点中,也得到了很好的诠释。

详细信息可以留意前期文章,下面我大概列举下这款可应用于汽车上的实现金属和碳纤维复合材料的弹性体橡胶KRAIBON有哪些特点:

• 可以粘结多种金属与各类树脂的复合材料(和铝合金的粘接强度,最高可达15MPa)

• 适合粘结不同热膨胀系数的材料;

• 电绝缘

• 能粘结表面带有少量油及有涂层的金属;

• 使用的温度范围大(-40℃~140℃);

• 交联反应速度快 (例: 150℃,1min);

• 高能量吸收及减震


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