汽车用轻量化碳纤维

1--总投资9.7亿日元--实施期间2003-2007汽车用轻量化碳纤维强化复合材料的开发－－课题介绍－－日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)课题2前言11.1研究背景●全球变暖●油价急涨今后10年必将是把轻量型高性能材料的CFRP应用于汽车领域的研究最后10年的黄金开发时期●环境污染严重●节能减排汽车用轻量化碳纤维强化复合材料的开发日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)课题由于日本的冶金工业发达、钢材质优价廉，直到20世纪80年代中期，日本才正式开始积极研发FRP汽车部件。直到今日,其应用主要限于汽车部件，对于CFRP在汽车中大规模的应用，从经济效益、批量生产、组装加工技术、安全设计等方面看，都还没有达到实际应用水平。31.2研究的主要内容●4个子课题为了能将CFRP确实应用于实际,本课题从部件生产加工,整车组装,行驶安全及再生利用等四个方面进行了全方位的研究。●开发目标与目前正在使用的汽车用软钢钢板结构相比,自重减半,安全性能提高50%的CFRP车身结构.同时,还将研发汽车成型时间在10分钟以内,低成本,可大量生产的制造技术.并开发了基于LCA再生利用技术.1.超高速一体成型树脂及其成型技术的开发2.汽车用CFRP联结技术的开发3.车身安全设计技术的开发4.再利用技术的开发41.3课题的性质，定位特别是车辆轻量化技术,定位为可以大幅提高单位油耗行驶路程的关键技术.经济产业省提出了,开发低能耗,安全可靠的新一代汽车的,轻量,高强度的创新型材料,作为强化国际竞争力的重要课题.●高风险研究为NEDO“中长期,高风险研究开发事业”34个研究课题中,开发低能耗技术课题中的一个●作为节能的关键技术●作为强化国际竞争力的重要课题5超高速一体成型树脂及其成型技术的开发22.1超高速一体成型树脂的开发●可实现量产化硬化度时间10%3.5分90%6分即如能让树脂在前3.5分钟内完成注入,则可在其后的2.5分钟内基本完成硬化过程CureIndex（%）Time（minutes）CuredFlowableIsothermal100°CEpoxyAHi-cycleBHi-cycleA快速一体成型用的RTM成型树脂的特性汽车成型时间在10分钟以内●快速成型B树脂的特性62.2高速树脂含浸成型技术开发了多点注入法。本手法的含浸时间与成型品的大小无关.只要改变注入孔数.不过,要确定孔数及位置,需要通过电子仿真来决定.用CFRP的中间基材的保形性,由纤维的配向角决定.可以利用不同纤维配向角而引起的纤维间的剪切变形的极限角度改变其造型结果.2.3立体成型造型/保形技术7汽车用CFRP联结技术的开发3●必要性已经在众多的环氧树脂及碱性粘结剂中选出了两种能防止热老化防湿及其耐疲劳的粘结剂CFRP与异质材料部件的使用部位车体由数个板块组成●粘结剂的开发8强度设计CFRP复合材料的单纯的平板接头，在两个端部容易产生应力集中耐久性已经完成了热老化，耐吸湿，疲劳试验。现在正在做糯变试验CFRP与异质材料部件的分离分离前分离后●接合部的力学性能●接合与再生利用已经开发了含有膨胀黑铅的解体型的接合剂，成功地分离并回收了CFRP和金属部件。9车身安全设计技术的开发4●CFRP角柱筒前面冲击主要为引擎周围部件在压缩方向上利用变形而吸收能量侧面冲击主要是门周围部件因弯曲而吸收能量4.1冲击形态4.2冲击仿真技术的确立解析结果初期冲击负荷与实验结果相当一致总体上有相同的变化趋势FRP的破坏时的负荷-位移曲线10●CFRP/铝混合材料混合梁与不锈钢梁的比较最大位移的吸收能不锈钢梁，1500-1900J，混合梁，1822J每单位重量吸收能量不锈钢1027-1301J/KG，混合梁1510J/KG。负荷与位移曲线破坏模式实验结果与解析结果的比较解析结果与实验结果的比较误差为3.7%。11●三维CFRP角柱筒与金属材料相比金属与FRP的破坏时的负荷-位移曲线当负荷达到某一临界值后,金属材料的负荷会在一个较大的振幅下反复振动,而复合材料的振幅很小,具有平稳的破坏过程DisplacementPlasticdeformation(a)MetalDisplacementProgressivecrushing(b)FRPLoadLoad4.3冲击吸收用CFRP部材的开发12再利用技术的开发5找出玻璃转移温度Tg保持在100度，超过100度后会迅速软化的树脂分子骨架5.1树脂与钢,铝等分离技术的开发●构造用解体性接合剂的开发思路要开发的解体剂粘合剂的性能13缩水甘油基邻苯二甲酸的酰亚胺，（GlycidylPhthalicImide）混合物系列，在有效地降低橡胶弹性率的同时，Tg下降的程度比较小的树脂。●构造用解体性接合剂树脂组成的设计14CFRP切碎,射出成型--最便宜,高速5.2汽车用CFRP再生利用技术的开发●方法●性能反复数次后再生的CFRP材料,也具有和GFRP射出成型材料同等以上的力学特性151）在部件生产加工上,已经研发了汽车成型时间在10分钟以内,低成本,可大量生产的制造技术结论42）在汽车用CFRP联结技术的开发上，已经选出了两种能防止热老化，防湿及耐疲劳的粘结剂3）在行驶安全上,开发了与目前正在使用的汽车用软钢钢板结构相比，自重减半，安全性能提高50%的CFRP车身结构4）在再生利用上，开发了能够将树脂与钢、铝等分离的技术,以及探明了将CFRP切碎,射出成型后再利用的方法