01
Introducción

Los compuestos de fibra de carbono son compuestos de alto rendimiento hechos de resina, metal y cerámica como matriz y fibra de carbono como refuerzo mediante métodos avanzados de moldeo de compuestos. Los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) son el principal material utilizado para aplicaciones automotrices, que tiene una serie de ventajas como baja densidad, alto módulo y alta resistencia específica. Por lo tanto, es ampliamente utilizado en aeroespacial, generación de energía eólica, ocio y deportes, militar y otros campos. En los últimos años, con la contaminación cada vez más grave del medio ambiente mundial, "ahorro de energía y reducción de emisiones, desarrollo de una economía baja en carbono" ha formado un alto consenso en el ámbito mundial. El aligeramiento de los automóviles puede reducir efectivamente el consumo de energía y las emisiones de escape. CFRP es un excelente material liviano con resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, absorción de impactos y otras propiedades, y sus productos tienen una apariencia fresca. Por lo tanto, es cada vez más favorecido por los ingenieros automotrices. Para promover la aplicación de CFRP en automóviles, muchas universidades y empresas también han llevado a cabo investigaciones sobre la aplicación de CFRP en automóviles en los últimos años.

02
Aplicación de CFRP en esqueleto corporal

Debido a su baja densidad, alto módulo y resistencia específica, el CFRP suele ser adecuado para aplicaciones de aligeramiento de grandes piezas estructurales. Como el sistema que más contribuye a la masa de todo el vehículo, el esqueleto de la carrocería es el objetivo más importante para el aligeramiento de CFRP y la primera aplicación de CFRP. General Motors desarrolló el prototipo de estructura esquelética de carrocería ultraligera de CFRP ya en 1992, y la carrocería i3 de BMW lanzada en 2013 usó el compartimiento de pasajeros de CFRP, lo que desencadenó el auge de la investigación de la aplicación de CFRP. Desde entonces, la aplicación de CFRP en el esqueleto de la carrocería se ha expandido gradualmente desde superdeportivos hasta automóviles de lujo y vehículos de nueva energía. El habitáculo del BMW i3 consta de 34 piezas de CFRP, 13 de las cuales están moldeadas integralmente (incluyendo 48 preformas), logrando un alto grado de integración, como se muestra en la Figura 1. La carrocería lateral del i3, por ejemplo, se divide en nueve preformas, y las nueve preformas luego se moldean mediante la tecnología de moldeo por transferencia de resina (RTM) para formar los paneles laterales interior y exterior de la carrocería. Las partes estructurales del esqueleto de la carrocería del BMW i8, BMW 7 series, Lexus LFA, Lamborghini Aventador LP700-4 utilizan una gran cantidad de piezas de CFRP, el panel trasero del asiento trasero del Audi A8 también usa CFRP. Además, Mercedes-Benz, Ford, Toyota y otras compañías de automóviles convencionales extranjeras, hay CFRP en la investigación de aplicaciones de piezas estructurales del esqueleto del cuerpo y lanzamiento de modelos. Las piezas estructurales del esqueleto de la carrocería del Lamborghini Aventador LP700-4 utilizan una gran cantidad de piezas de CFRP, el panel trasero del asiento trasero del Audi A8 también utiliza CFRP. Además, Mercedes-Benz, Ford, Toyota y otras compañías de automóviles convencionales extranjeras, hay CFRP en la investigación de aplicaciones de piezas estructurales del esqueleto del cuerpo y lanzamiento de modelos. Las piezas estructurales del esqueleto de la carrocería del Lamborghini Aventador LP700-4 utilizan una gran cantidad de piezas de CFRP, el panel trasero del asiento trasero del Audi A8 también utiliza CFRP. Además, Mercedes-Benz, Ford, Toyota y otras compañías de automóviles convencionales extranjeras, hay CFRP en la investigación de aplicaciones de piezas estructurales del esqueleto del cuerpo y lanzamiento de modelos.

El aligeramiento es uno de los principales objetivos del desarrollo de vehículos, y la reducción de peso de los componentes del modelo está recibiendo actualmente una atención clave de la industria. la aplicación de CFRP en el esqueleto del cuerpo ha resultado en una reducción de peso de alrededor de cien kilogramos.

03
Aplicación de CFRP en revestimientos de carrocería y molduras interiores y exteriores

El CFRP se usa más ampliamente en los revestimientos externos de modelos extranjeros, especialmente para los modelos de lujo con mayor posicionamiento, el costo de CFRP es mayor, por lo tanto, sus revestimientos se aplican a menudo en forma de Alta opción o kit deportivo modificado, tiras brillantes de puerta, alerón trasero, alerón trasero, etc. Tales como BMW, Audi, Mercedes-Benz, Lexus, Lamborghini y otras marcas de modelos de gama alta, además de su propio desarrollo de revestimientos de CFRP y molduras interiores y exteriores, también hay en el mercado piezas especiales de CFRP para modificar.

CFRP es también el centro de investigación de aplicaciones de revestimientos de carrocería domésticos y piezas de molduras exteriores. Básicamente, todos los OEM nacionales tienen investigaciones sobre la aplicación de CFRP en revestimientos de carrocería y molduras exteriores, y la aplicación va en aumento. En los últimos años, los principales modelos desarrollados y a los que se les aplicaron revestimientos de carrocería y molduras exteriores de CFRP son Promised K50, Geely Link 03+/05+, Volvo Polaris 1, Great Wall WEYVV7, SAIC MG6, etc. Además, Lutis y otros modelos son ya en el desarrollo de la producción en masa.

El Frontage K50, un auto deportivo eléctrico puro lanzado en 2018, es el único modelo en China que adopta revestimientos de carrocería "totalmente de carbono" (incluidas las molduras exteriores), con un total de 29 piezas de CFRP, a excepción de los parachoques delantero y trasero. y faldones laterales. La masa total es de solo 46,7 kg, más de un 40 % más ligera que las piezas metálicas tradicionales.

04
Aplicación de CFRP en el sistema de chasis

La mayoría de los componentes del chasis son "masa bajo resorte" y su peso ligero puede mejorar el rendimiento de todo el vehículo. Sin embargo, las piezas del chasis se encuentran en entornos hostiles y la mayoría de ellas son piezas móviles que requieren un mayor rendimiento de confiabilidad, como durabilidad, fatiga, corrosión, etc. El desafío del CFRP en las piezas del chasis suele ser mayor que en las piezas de la estructura de la carrocería. Por lo tanto, tanto en China como en el extranjero, la aplicación de CFRP en piezas de chasis es extremadamente difícil. En la actualidad, los componentes principales de la investigación de aplicaciones de CFRP en el chasis son el eje de transmisión, el bastidor auxiliar, el brazo de control, la barra estabilizadora, el muñón de la dirección, el cubo de la rueda, el resorte, etc. El eje de transmisión es una parte importante en el sistema de transmisión del automóvil para transmitir fuerza, su función es transmitir la potencia del motor a las ruedas junto con la transmisión y el eje motriz, de modo que el automóvil produzca fuerza motriz. El eje de transmisión del automóvil tradicional utiliza principalmente materiales metálicos, como acero de aleación de carbono de alta calidad 40Cr, 30CrMo, 42CrMo, etc. El uso de CFRP en lugar de los materiales metálicos originales para preparar el eje de transmisión puede cumplir con los requisitos de alta resistencia y rigidez. y la fatiga del eje de transmisión, además de lograr una reducción significativa del peso, y reducir la pérdida de energía del sistema de transmisión y el peso del vehículo al mejorar la resistencia a la vibración, reducir el ruido, etc.

Los ejes de transmisión automotrices compuestos de fibra de carbono se utilizaron en los vehículos pesados ​​​​de General Motors en la década de 1880, lo que redujo la masa en un 60% en comparación con el acero. Con la actualización y mejora continuas de la tecnología y el equipo de producción, la producción y aplicación de ejes de transmisión compuestos de fibra de carbono también tiende a aumentar.

El bastidor auxiliar es un amortiguador intermedio para la conexión entre el cuerpo y la suspensión, y la mayoría de los bastidores auxiliares tradicionales están hechos de placas de acero mediante estampado y soldadura. Con el desarrollo de la tecnología liviana, en los últimos años ha cambiado gradualmente a un bastidor auxiliar de aleación de aluminio y un bastidor auxiliar compuesto de CFRP, en comparación con el bastidor auxiliar de aleación de aluminio, hay más espacio para la reducción de peso. El bastidor auxiliar de CFRP desarrollado por Ford y Magna se aplica al Mondeo compuesto, reemplazando el 45 % de las piezas de acero del bastidor auxiliar tradicional y reduciendo el peso en aproximadamente un 34 %.

07
Conclusión

CFRP tiene las ventajas de baja densidad, alto módulo y alta resistencia específica, y tiene una amplia perspectiva de aplicación en automoción. Sin embargo, debido al alto costo, el CFRP todavía se usa principalmente en algunos modelos de alta gama.

La apariencia deslumbrante de CFRP es popular entre los jóvenes, y muchos modelos se desarrollan en forma de "equipos deportivos" como punto promocional en la gama alta o en forma opcional de los modelos. En el mercado de accesorios, la modificación del "paquete deportivo" exterior ocupa un mercado más grande en la aplicación de CFRP.