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          纖維增強樹脂基復(fù)合材料在新能源汽車上有哪些應(yīng)用?
          發(fā)布時間:2024-09-14
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                  在當今全球?qū)Νh(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展高度聚焦之際,新能源汽車以其綠色出行的特質(zhì),勇立汽車行業(yè)發(fā)展潮流的潮頭。而輕量化材料無疑在新能源汽車的蓬勃發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色,其中纖維增強樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用更是格外耀眼。現(xiàn)階段,新能源汽車頻繁使用的纖維增強樹脂基復(fù)合材料主要分為以下幾大類:

           

                  一、碳纖維增強復(fù)材(CFRP)

                  CFRP 由碳纖維與聚合物樹脂精妙復(fù)合而成,具備質(zhì)量輕盈、比強度與比模量超群、耐疲勞、耐摩擦、耐水蝕、耐腐蝕、易成型以及可設(shè)計性強勁等諸多閃光點,堪稱目前輕量化成效最為卓越的材料之一。

                  其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛,全面覆蓋汽車車身、內(nèi)外飾、底盤以及動力系統(tǒng)等各個方面。然而,由于成本高昂且零部件加工難度巨大,當前僅在少數(shù)高端車型中得以應(yīng)用。


                  二、玻璃纖維增強復(fù)材(GFRP)

                  GFRP 由玻璃纖維和聚合物樹脂完美融合。與碳纖維相比,玻璃纖維成本更低,雖力學(xué)性能略遜一籌,但相較于傳統(tǒng)塑料,優(yōu)勢依然十分顯著。憑借其低密度的特性,GFRP 順勢成為當下輕量化的理想材料之一。

                  目前在眾多汽車零部件上實現(xiàn)了大量應(yīng)用,涵蓋車身結(jié)構(gòu)件、覆蓋件、電池系統(tǒng)等。例如,部分新能源汽車的車身覆蓋件采用 GFRP,既成功降低了車身重量,又有效提高了車輛的耐久性。 


                  三、玄武巖纖維復(fù)材

                  玄武巖纖維增強復(fù)材是以天然玄武巖拉制連續(xù)纖維增強樹脂的復(fù)合材料,乃是近幾年迅速崛起的新興熱點。玄武巖纖維在輕量化、性能和成本方面實現(xiàn)了完美兼顧,其制備過程相較于傳統(tǒng)纖維更加環(huán)保,強度高于一般玻纖復(fù)材,成本低于碳纖維,綜合優(yōu)勢一目了然。

                  盡管目前玄武巖纖維復(fù)材尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,技術(shù)儲備也稍顯不足,零件實際應(yīng)用經(jīng)驗較為匱乏,但隨著近幾年在該領(lǐng)域的持續(xù)投入,未來在新能源汽車上的應(yīng)用前景必將大幅拓展。


                  新能源汽車與傳統(tǒng)燃油車的最大差異集中在三電系統(tǒng),而纖維增強樹脂基復(fù)合材料在該系統(tǒng)中的動力電池、儲氫罐、電機等方面均已擁有成熟的應(yīng)用。


                  動力電池

                  動力電池作為三電系統(tǒng)的核心部件,其質(zhì)量占整車系統(tǒng)質(zhì)量的 18% - 30%。為了實現(xiàn)輕量化并提高電池包的能量密度,部分車型的電池箱體上蓋和底護板采用了樹脂纖維復(fù)材。

                  目前,大部分樹脂纖維復(fù)材上蓋采用 SMC 模壓成型,但 SMC 的力學(xué)性能稍低且防火性能相對較弱。為了提升力學(xué)性能和防火性能,并進一步實現(xiàn)輕量化,近幾年部分車型開始采用連續(xù)纖維增強的復(fù)合材料。

                  電池箱底護板當前主要是鋼板沖壓成型。隨著輕量化技術(shù)的不斷發(fā)展,一些車型開始嘗試樹脂纖維復(fù)材 + 鋼板復(fù)合結(jié)構(gòu)的方案,如復(fù)材鋼護板、蜂窩鋼護板、GMT 鋼護板等。 


                  儲氫罐

                  氫能源作為新能源汽車的重要發(fā)展方向之一,通過高壓儲氫瓶儲存的氫氣作為動力來源。目前 III 型瓶內(nèi)襯采用鋁合金材料,IV 型瓶內(nèi)襯采用高性能塑料(質(zhì)量更輕),纖維纏繞層則多選用碳纖維纏繞成型。

                  早在 2018 年就有相關(guān)報道,豐田的氫燃料電池轎車 Mirai 的眾多核心部件使用了碳纖維或其復(fù)合材料。例如氫燃料電池中的碳纖維紙作為正極材料,以及碳纖維儲氫罐和地板材料等都采用了碳纖維復(fù)合材料,充分展示了碳纖維復(fù)合材料在新能源汽車高端車型中的卓越應(yīng)用,為新能源汽車的輕量化和高性能發(fā)展指明了方向。


                  電機

                  CFRP 在高性能電極上的應(yīng)用已然成為熱點。CFRP 具有不導(dǎo)磁、高比強度、熱膨脹系數(shù)小、密度低以及電導(dǎo)率低等優(yōu)點,是未來電機小型化、高速化、高效率的主要解決方案。 


                  車身應(yīng)用

                  樹脂纖維復(fù)材非常適合大型結(jié)構(gòu)件的輕量化應(yīng)用。車身結(jié)構(gòu)件對強度、剛度要求較高,因此主要選用模量、強度更高的 CFRP。但由于成本較高,普通車型開發(fā)難以承受,目前一些車型采用 CFRP 補強車身的混合結(jié)構(gòu)方案。車身覆蓋件則傾向于成本更低的方案,如熱塑性 CFRP 材料或短纖維增強塑料材料。

                  汽車內(nèi)外飾件基本以傳統(tǒng)的 PP、ABS 等塑料件為主,對采用高強度纖維增強復(fù)材實現(xiàn)輕量化的需求較小。但 CFRP 零部件成本高、技術(shù)難度大,往往代表著科技與豪華,許多車型在高配車型上開發(fā) CFRP 運動套件。

                  CFRP 由于其極高的強度和模量,一直是底盤零件輕量化的主要研究對象,但因成本較高,在新能源車型上量產(chǎn)應(yīng)用較少。GFRP 則更適合底盤的運動零部件,如板簧、制動踏板等,都有成熟的量產(chǎn)應(yīng)用。(來源:互聯(lián)網(wǎng))

           

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