Com os padrões de emissões mais rigorosos e a vida com baixo teor de carbono aceitos pelas pessoas, a economia de energia e a redução de emissões se tornaram um importante tópico de pesquisa na indústria automotiva. No caso de inovação energética limitada, a redução de peso é uma das chaves para resolver problemas.
Em 2015, o volume total global de vendas de veículos foi de 89,1 milhões de unidades, um aumento de 2,2% em comparação com os 87,17 milhões de unidades em 2014. Estima-se que a capacidade de produção atinja 100 milhões de unidades em 2020. Em 2015, a fibra de carbono global a demanda do mercado automobilístico atingiu mais de 10.000 toneladas, e espera-se que exceda 20.000 toneladas até 2020. A taxa de crescimento anual médio atingirá 21% nos próximos cinco anos, o que se tornará um dos campos de mais rápido crescimento e mais exigentes.
1) Super corrida - o primeiro a introduzir fibra de carbono
A razão para a introdução de compósitos de fibra de carbono na indústria automotiva é principalmente que as fibras de carbono são mais rígidas do que os aços convencionais e alumínio, mas são mais leves em peso. No entanto, devido ao alto custo, ciclo de produção longo e cadeia de suprimentos instável, a indústria automotiva é a primeira a ser usada em carros esportivos super caros e de baixo volume.
Em 1981, a McLaren usou pela primeira vez um quadro integrado de fibra de carbono em sua Fórmula 1 MP4 / 1. Depois de 2000, fabricantes de supercarros como Ferrari e Lamborghini começaram a usar materiais compostos de fibra de carbono para construir carros. A maioria dos outros fabricantes de automóveis utiliza materiais de fibra de carbono, que são usados principalmente em algumas partes do corpo e interiores. O objetivo é reduzir o peso e destacar o desempenho de carros esportivos de ponta.
2) Perda de peso - a força motriz para o crescimento da demanda de fibra de carbono
Os rígidos padrões de economia de combustível dos veículos do governo e as regulamentações de emissões de dióxido de carbono são importantes impulsionadores dos compósitos automotivos de fibra de carbono. A redução geral do peso do corpo é um meio muito eficaz de controlar as emissões de escape. Para cada 100 quilos de redução de peso do veículo, a emissão pode ser reduzida em 20g / km, e o veículo médio precisa perder 245kg para atender aos padrões de emissão exigidos. Veículos elétricos precisam perder mais de 50%. Entre todos os materiais leves, os compostos de fibra de carbono são os únicos materiais avançados que podem reduzir os componentes de aço em 50 a 60% e manter a mesma resistência.
Os países emitiram padrões de emissão de dióxido de carbono nos últimos anos. Em abril de 2010 e agosto de 2012, os Estados Unidos emitiram regulamentos para economia de combustível de veículos leves e emissões de gases de efeito estufa para 2012-2016 (Fase 1) e 2017-2025 (Fase 2), respectivamente, exigindo 2025 veículos leves dos EUA. A economia média de combustível é de 54,5 mpg. Os "Limites de emissão de poluentes de veículo leve e métodos de medição (China Fase 6)" foram oficialmente lançados em 23 de dezembro de 2016 e serão oficialmente implementados a partir de 2020. De acordo com os requisitos padrão, as emissões de CO2 da China em 2015 será de 155g / km, e precisará ser reduzido para 112g / km em 2020; em 2015, o consumo médio de combustível será de 6,9L / (100km) e, em 2020, deverá ser reduzido para 5,0L / (100km).
3) Escala e integração industrial - BMW apresenta peças estruturais de fibra de carbono
Atualmente, os principais fabricantes de automóveis do mundo, incluindo a BMW, a Mercedes-Benz, a Audi, a GM, a Ford, etc., apresentaram a indústria de fibra de carbono e introduziram gradualmente modelos que introduzem a tecnologia de fibra de carbono. Entre eles, a empresa BMW é a mais proeminente. A empresa alemã BMW compra ativamente ações na planta de fibra de carbono a montante, e estabelece uma joint venture de fibra de carbono com a SGL para desenvolver conjuntamente materiais compostos reforçados com fibra de carbono. A tecnologia de fibra de carbono é amplamente utilizada em modelos de produção da BMW, o que não só garante a estabilidade dos fornecedores. Encurte o ciclo de produção e reduza o custo em 30%.
A partir de 2015, a capacidade de produção anual da fibra de carbono automotiva do BMW Group atingiu 9.000 toneladas. A BMW utilizou compósitos de fibra de carbono em mais de 30 partes do midstream, com painéis acústicos, suportes frontais e estruturas de assento representando a maior proporção.
Em 2014, o veículo elétrico de corpo inteiro de fibra de carbono BMW i3 foi produzido em massa, tornando-se o primeiro fabricante de veículos a usar fibra de carbono como material de carroceria em grandes quantidades. O BMW i3 pesa apenas 1195 quilos, 250-350 quilos a menos do que os veículos elétricos convencionais. Também possui a proteção de segurança contra colisão de maior desempenho. A capacidade da bateria é de apenas 20kwh e a autonomia de cruzeiro é de 160 km, 52% mais alta do que a tradicional faixa de cruzeiro de veículos elétricos. . Além disso, o BMW i8 aplica fibra de carbono ao corpo e interior, mantendo o peso total do carro em 1.540 kg. Em 1º de julho de 2015, o novo carro da 6ª geração do BMW Série 7 foi oficialmente colocado em operação na fábrica de Dingolfing. Este é o primeiro produto principal da BMW a conseguir a combinação perfeita de materiais de fibra de carbono fabricados industrialmente, aço de alta resistência e alumínio. .
4) Resumo - aplicação de fibra de carbono no campo automotivo
1) leve. Quando a fibra de carbono é usada em automóveis, o benefício mais óbvio para a fabricação de automóveis é que ela é leve e o impacto mais direto é a economia de energia, a aceleração e o desempenho de frenagem. Em geral, o peso do veículo é reduzido em 10%, o consumo de combustível é reduzido em 6% a 8%, a emissão é reduzida em 5 a 6%, a aceleração de 0-100 km / h é aumentada em 8-10% e a distância de travagem é encurtada em 2 a 7 m.
2) segurança. O corpo leve pode abaixar o centro de gravidade do veículo, melhorar a estabilidade de direção do carro, e a operação do veículo será mais segura e mais estável. Os compósitos de fibra de carbono possuem excelente absorção de energia, e a capacidade de absorção de energia da colisão é de seis a sete vezes a do aço e de três a quatro vezes a do alumínio, o que garante ainda mais a segurança dos automóveis.
3) Confiabilidade. Compósitos de fibra de carbono têm maior resistência à fadiga. A resistência à fadiga do aço e do alumínio é de 30 a 50% da resistência à tração, enquanto os compostos de fibra de carbono podem atingir 70 a 80%. Portanto, compósitos de fibra de carbono usados em automóveis têm confiabilidade para a fadiga do material. Grande melhora.
4) Reduza o ciclo de desenvolvimento. Como os compósitos de fibra de carbono são mais engenhosos do que os metais, eles são mais fáceis de construir, modular e integrar o desenvolvimento do corpo. Desta forma, a estrutura do corpo híbrido do corpo de fibra de carbono e da plataforma metálica pode ser modularizada e integrada para a estrutura tradicional do carro, os tipos de peças são bastante reduzidos, o investimento em ferramentas é reduzido e o ciclo de desenvolvimento é encurtado.
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