Con los estándares de emisión más estrictos y la vida baja en carbono aceptada por las personas, el ahorro de energía y la reducción de emisiones se han convertido en un importante tema de investigación en la industria automotriz. En el caso de la innovación energética limitada, la reducción de peso es una de las claves para resolver problemas.
En 2015, el volumen global de ventas totales de vehículos fue de 89.1 millones de unidades, un incremento de 2.2% comparado con las 87.17 millones de unidades en 2014. Se estima que la capacidad de producción alcanzará los 100 millones de unidades en 2020. En 2015, la fibra de carbono global La demanda del mercado automotriz llegó a más de 10,000 toneladas, y se espera que exceda las 20,000 toneladas para 2020. La tasa de crecimiento promedio anual alcanzará el 21% en los próximos cinco años, que se convertirá en uno de los campos de mayor crecimiento y demanda.
1) Super running: el primero en introducir fibra de carbono
La razón para la introducción de compuestos de fibra de carbono en la industria del automóvil es principalmente que las fibras de carbono son más rígidas que los aceros convencionales y el aluminio, pero son más livianas. Sin embargo, debido al alto costo, al largo ciclo de producción y a la cadena de suministro inestable, la industria automotriz es la primera que se utiliza en autos súper deportivos caros y de bajo volumen.
En 1981, McLaren utilizó por primera vez un marco integrado de fibra de carbono en su Fórmula 1 MP4 / 1. Después de 2000, los fabricantes de superdeportivos como Ferrari y Lamborghini comenzaron a utilizar materiales compuestos de fibra de carbono para construir automóviles. La mayoría de los otros fabricantes de automóviles utilizan materiales de fibra de carbono, que se utilizan principalmente en algunas partes del cuerpo e interiores. El objetivo es reducir el peso y resaltar el rendimiento de los autos deportivos de alta gama.
2) Pérdida de peso: la fuerza impulsora para el crecimiento de la demanda de fibra de carbono
Los estrictos estándares de economía de combustible para vehículos y las regulaciones de emisiones de dióxido de carbono del gobierno son importantes impulsores de los compuestos de fibra de carbono para automóviles. La reducción de peso total del cuerpo es un medio muy efectivo para controlar las emisiones de escape. Por cada 100 kilogramos de reducción de peso del vehículo, la emisión puede reducirse en 20 g / km, y el vehículo promedio necesita perder 245 kg para cumplir con los estándares de emisión requeridos. Los vehículos eléctricos necesitan perder más del 50%. Entre todos los materiales ligeros, los compuestos de fibra de carbono son los únicos materiales avanzados que pueden reducir los componentes de acero en un 50-60% y mantener la misma resistencia.
Los países han emitido estándares de emisión de dióxido de carbono en los últimos años. En abril de 2010 y agosto de 2012, los Estados Unidos emitieron regulaciones para la economía de combustible de los vehículos livianos y las emisiones de gases de efecto invernadero para 2012-2016 (Fase 1) y 2017-2025 (Fase 2), respectivamente, que requieren 2025 vehículos ligeros estadounidenses. La economía de combustible promedio es de 54.5 mpg. Los "Límites de emisión de contaminantes y métodos de medición de vehículos ligeros (China Etapa 6)" ("Estándares nacionales seis") se lanzaron oficialmente el 23 de diciembre de 2016 y se implementarán oficialmente a partir de 2020. Según los requisitos estándar, las emisiones de CO2 de China en 2015 será de 155 g / km y deberá reducirse a 112 g / km en 2020; en 2015, el consumo promedio de combustible será de 6.9L / (100km), y en 2020 deberá reducirse a 5.0L / (100km).
3) Escala e integración industrial: BMW presenta piezas estructurales de fibra de carbono
En la actualidad, los principales fabricantes de automóviles del mundo, incluidos BMW, Mercedes-Benz, Audi, GM, Ford, etc., han establecido la industria de la fibra de carbono y han introducido gradualmente modelos que introducen la tecnología de fibra de carbono. Entre ellos, la compañía de BMW es la más destacada. La compañía alemana de BMW compra activamente acciones en la planta de fibra de carbono upstream, y establece una empresa conjunta de fibra de carbono con SGL para desarrollar conjuntamente materiales compuestos reforzados con fibra de carbono. La tecnología de fibra de carbono es ampliamente utilizada en los modelos de producción de BMW, lo que no solo garantiza la estabilidad de los proveedores. Acorte el ciclo de producción y reduzca el costo en un 30%.
A partir de 2015, la capacidad de producción anual de la fibra de carbono automotriz de BMW Group alcanzó las 9,000 toneladas. BMW ha utilizado compuestos de fibra de carbono en más de 30 partes de la corriente media, con paneles acústicos, soportes frontales y estructuras de asiento que representan la mayor proporción.
En 2014, el vehículo eléctrico con cuerpo completo de fibra de carbono BMW i3 fue producido en masa, convirtiéndose en el primer fabricante de vehículos en usar fibra de carbono como material corporal en grandes cantidades. El BMW i3 pesa solo 1195 kilogramos, que es 250-350 kilogramos menos que los vehículos eléctricos convencionales. También tiene la protección contra la colisión de mayor rendimiento. La capacidad de la batería es de solo 20kwh y el rango de crucero es de 160 kilómetros, que es un 52% más alto que el rango de crucero de vehículos eléctricos tradicionales. . Además, el BMW i8 aplica fibra de carbono al cuerpo y al interior, manteniendo el peso total del auto en 1.540 kg. El 1 de julio de 2015, la nueva 6ª generación del automóvil de la Serie 7 de BMW se puso oficialmente en funcionamiento en la planta de Dingolfing. Este es el primer producto básico de BMW en lograr la combinación perfecta de materiales de fibra de carbono fabricados industrialmente, acero de alta resistencia y aluminio. .
4) Resumen - aplicación de fibra de carbono en el campo de la automoción
1) Ligero Cuando se usa fibra de carbono en automóviles, el beneficio más obvio para la fabricación de automóviles es que es liviano, y el impacto más directo es el ahorro de energía, la aceleración y el rendimiento de frenado. En general, el peso del vehículo se reduce en un 10%, el consumo de combustible se reduce en un 6% a un 8%, la emisión se reduce en un 5 a 6%, la aceleración de 0 a 100 km / h aumenta en un 8-10% , y la distancia de frenado se acorta de 2 a 7 m.
2) Seguridad. El cuerpo liviano puede reducir el centro de gravedad del vehículo, mejorar la estabilidad de la dirección del automóvil y el funcionamiento del vehículo será más seguro y estable. Los compuestos de fibra de carbono tienen una excelente absorción de energía, y la capacidad de absorción de energía de la colisión es de seis a siete veces mayor que la del acero y de tres a cuatro veces la del aluminio, lo que garantiza aún más la seguridad de los automóviles.
3) Confiabilidad. Los compuestos de fibra de carbono tienen una mayor resistencia a la fatiga. La resistencia a la fatiga del acero y el aluminio tiene un 30-50% de resistencia a la tracción, mientras que los compuestos de fibra de carbono pueden llegar al 70-80%. Por lo tanto, los compuestos de fibra de carbono utilizados en automóviles tienen confiabilidad para la fatiga del material. Gran mejora.
4) Reducir el ciclo de desarrollo. Debido a que los compuestos de fibra de carbono son más manejables que los metales, son más fáciles de plataforma, modulares e integran el desarrollo del cuerpo. De esta forma, la estructura híbrida del cuerpo de fibra de carbono y la plataforma metálica pueden modularizarse e integrarse para la estructura tradicional del cuerpo del automóvil, los tipos de piezas se reducen considerablemente, la inversión en herramientas se reduce y el ciclo de desarrollo se acorta.
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