הקדמה: כונן למשקל אור, מבנה רכב בטוח

תעשיית הרכב המודרנית עומדת בפני מתח בסיסי: כלי רכב צריכים להיות קלים יותר לעמוד בתקני דלק ופליטות, אך הם חייבים להיות בטוחים יותר מאי פעם בתאונות. Steel, התוספת המסורתית של רכיבים מבניים, מציעה כוח גבוה אבל בעונש משקל משמעותי.בתגובה, מהנדסים פנו לחומרים מורכבים מתקדמים, ו- Resin Transfer מוליד (RTM) התפתחה כתהליך ייצור קריטי עבור מבנים קלים שלא מתפשרים על ידי כוח פיזיקלציה של מערכת אנרגיה.

הבנה של Rein Transfer מוליד (RTM)

Resin Transfer מוליד הוא תהליך סגור כי משלב סיבי חיזוק יבש עם רזרבה נוזלי כדי ליצור חלקים מורכבים ביצועים גבוהים.התהליך מתחיל עם המיקום של מזרם preformed סיבים - בדרך כלל פחמן, זכוכית או aramid - לתוך תבנית נוקשה שני חלקים חלקים.תבנית סגורה, ואת התחדשות נמוכה (לעתים קרובות epoxy, פוליאורט, או aramid) תחת לחץ חיסגוני, הוא מוזרק, לאחר מכן, הוא צורך ריסוק חלקית.

RTM מציע כמה יתרונות ברורים על טכניקות פתוחות כמו מנוחה או ריסוס-up: דיוק ממדי גבוה יותר, זמני מחזור מהירים יותר, וחשיפה עובדתית לתרכובות אורגניות תנודתיות מופחתת מאוד. כי התבנית מספקת שני משטחים, חלקים יש סיום חלק על כל הצדדים.התהליך גם מאפשר שילוב של הכניסות, ליבות, חיזוק מקומי - כל קריטי עבור התרסקות.

משתנים כגון High-Pressure RTM (HP-RTM) ו Compression RTM (C-RTM) פותחו כדי להפחית את זמני המחזור ל- 5 דקות, מה שהופך את התהליך לזמין לנפח ייצור רכב של 10,000-100,000 יחידות בשנה.ב-HP-RTM, ריזן מוזרק בלחץ עד 120 בר, ממלא במהירות את העמידות ומאפשר ריפוי קצר מאוד כאשר זוג עם מערכות הפעלה מהירה.

מדוע RTM Composites Excel in Crash Structures

משקל קל ללא כוח הקרב

חומרים Composite המיוצר באמצעות RTM יכול להציע יחסים חזקים למשקל הרבה יותר מעל אלה של פלדה או אלומיניום. רכבת פלדה במשקל 10 ק"ג ניתן להחליף על ידי רכיב מורכב פחמן RTM במשקל רק 4 ק"ג תוך שמירה על שווה או ספיגה אנרגיה מעולה. הפחתה זו ב unsprung ו הכוללת כלי רכב לשפר באופן ישיר האצה, חישוק, טיפול, ומרחיב את טווח כלי רכב חשמליים.

אנרגיה חסרת אחריות

מבנים התרסקים חייבים לספוג אנרגיה קינטית באמצעות עיוות מבוקר.במרכיבים מתכתיים, אנרגיה מתפזרת על ידי עיוות פלסטי.במרכיבים, אנרגיה נספגת באמצעות מנגנונים סימולטניים מרובים: פריצה, מריצה, דלמנטציה, וחיכוך בין סיבים וממטריקס.היכולת "לתקן" מנגנונים אלה באמצעות סיבים, רצף מונחה, ו-Resin נותן RTM יתרון ייחודי, לדוגמה, לשרירים (מפרק) באופן ישיר.

שילוב עיצוב וחלק לשלמות

RTM מאפשר את המיזוג של חלקי מתכת רבים מוטבעים לתוך מרכיב אחד מורכב.רכבת חזית טיפוסית התרסקות הקדמית עלולה לכלול עד 20 חותמות פלדה, ריתוך, ו brackets. עם RTM, כי אותה ההרכבה ניתן לעצב כמו חתיכה אחת, ביטול נקודות חלשות ב Welds וצמצום עלויות כלי.

חומרים בשימוש ב-RTM עבור מבנים של Crash Structures

Reinforcement סיבים

  • (FLT:0)Carbonfive:FLT:1 נוקשות ספציפית וכוח, אידיאלי עבור מבני התרסקות פרימיום במכוניות ספורט ו EVs יוקרה.
  • (FLT:0Glass סיבים: 1FLT) עלות נמוכה יותר, התנגדות השפעה טובה בשימוש בדבורים, לוחות הרצפה, ומבנים משניים.
  • (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ (ב"ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) בדים רביבריים: FLT:1 משלב פחמן וזכוכית באיזון חד-פעמי עלות וביצועים חד-פעמיים – גישה משותפת במכוניות לייצור נפח.

מערכות Resin Systems

  • (FLT:0)Epoxy:FLT:1 תכונות מכניות גבוהות ודבקות טובה, אבל יותר זמן טיפול זמניים בשימוש עבור חברי התרסקות מבניים בנפח נמוך לבינוני.
  • (FLT:0) פּוֹלְטְטְטַה (PU): ⁇ 1 מהר יותר, קוצר ראייה, קשיחות גבוהה. בשימוש נרחב HP-RTM עבור חלקי מבני רכב.
  • (ב) ⁇ :0 (ב) ,0) , ,(ב) ,(ה) , ,(ה) ,(ה) , ,(ה) , , , ,ב) , ,בכוחו של אש, פחות נפוץ עבור מבני התמוטטות חיצונית בשל הריסות.
  • (FLT:0) ,Bio מבוסס Resins:FLT:1 מערכות מתפתחות שמקורן בשמן צמחי מפותחות כדי לשפר את הקיימות ללא התאמות ביצועים.

RTM לעומת תהליכי ייצור אחרים

סיקור: Sheetמול Compound

SMC משתמשת בסיבים זכוכית קצוצים באנדשן מוצף כי הוא דחיסה עובש.זה זול ומהיר יותר מאשר RTM אבל מניב שברירי נפח סיבים נמוכים יותר ו אוריינטציה סיבים אקראיים יותר.עבור מבנים הדורשים כוח כיוון וקליטת אנרגיה גבוהה, RTM הוא בבירור מעולה.SMC הוא מתאים יותר עבור לוחות לא הוראה.

הזריקה מול ה-ThermoPlastic Composites (LFT-D, GMT)

תהליכים ארוכים של תרמופלסט (LFT) יכולים לייצר חלקים במהירות והם ניתנים למחזור, אבל אורך הסיבים מוגבל למספר מ"מ, צמצום יכולת ניהול עומס. RTM עם סיבים מתמשכים מספק סדר של ספיגת אנרגיה גבוהה יותר.

Autoclave Prepreg מוליד

לאחר מכן, הצטברות Prepreg ואחריו autoclave מרפאה מניבה את החלקים המורכבים האיכותיים ביותר, אבל זמני מחזור הם ארוכים (שעות) ואת עלויות ציוד ההון הם גבוה.RTM מציע קרקע בינונית: ביצועים המתקרבים לפני מועד, אבל עם מחזור של 5-20 דקות ודרישה ללא עומס אוטומטי.

תגית: Winding

משחת שומן היא מעולה עבור צינורות ומבנים צילינדיקליים (למשל, קווי כונן, כלי לחץ) אבל לא יכול לייצר את הגיאומטריה 3D המורכב הנדרש עבור מבני התרסקות כגון דבורים השפעה עם חזיונות משולבים. RTM יכול לעצב את התכונות האלה ישירות.

המונחים: RTM Crash Structures

אדריכלות סיבים ופרסום

ביצועי ההתרסקות של חלק RTM תלויים במידה רבה באוריינטציה סיבים.עבור השפעה קרן, סיבים בדרך כלל מתואמים 0 ° (יחד ציר האגם) לשאת עומסים ציריים, עם ±45 מעלות plies כדי להתמודד עם torsion ו Shear כוחות במהלך השפעה אובליקה. non-crimp fabrics (NC) הם העדיפו over ארוגים כי הם להפחית את הכת חומרים כדי לאפשר סיבים ישר כדי לשפר את צריכת אנרגיה.

עקבו אחרי

אחד האתגרים הקריטיים במבנים של התרסקות מורכבים הוא מצרף אותם למסגרת הרכב המתכתית.צרת מתכת משופעת Co-molded משותפת: פלדה או אלומיניום עם משטחים מכווצים ממוקמים בתבנית, ואת הזרמים השרף סביבם, יצירת קשר מכני בין-מבול.בול. יש לתכנן כדי למנוע ריסוק של מטבולי מתכתיים או שיחים מחוברים לעתים קרובות משמשים.

התרסקות טריגר מכניזם

בידוד מבוקר הוא חיוני. טריגר כגון כתמים קטנים, קצות מרוקדות, או הפחתות מקומיות בפרשת צלב נבנו לתוך עובש RTM. אלה גורמים ליצור ריכוזים כי יוזמים פרוגרסיביים בעומס צפוי, הימנעות פסגה קטסטרופלית פתאומית כי יהיה על יכולת החישה של המבנה שמסביב.

אימוץ התעשייה: דוגמאות של עולם

BMW i3 ו- i8

BMW הייתה מאמצת מוקדמת של RTM עבור מבני התרסקות פחמן-פיבר.תא הנוסעים של i3, הידוע בשם מודול החיים, השתמש RTM פחמן מורכב באופן נרחב.החללים, מסגרת גג, ומבנה ההתרסקות האחוריות הופקו כולם באמצעות RTM, המאפשר ירידה במשקל של 50% בהשוואה לגוף פלדה קונבנציונלי תוך העברת כל הבדיקות.

פורד F-150 ומשאית אור Bumper Reinforcements

פורד השתמש ב-F-150 זכוכית RTM עבור באטר דבורים על ה-F-150. על ידי החלפת פלדה מוטבעת עם קרן RTM מורכב, הם השיגו חיסכון במשקל 12% תוך עמידה בדרישות העומס הזה.העלות של RTM הייתה למעשה נמוכה יותר מאשר עבור חותמת פלדה מת עבור כרכים מעורבים בייצור, ואת ההתנגדות קורוזיה היה בונוס עבור משאיות חשופים למלח.

מק'לארן Monocell

מקלארן משתמשת HP-RTM כדי לייצר את המבנים הקדמיים והחדשים של צינורות פחמן Monocell שלה על ארטורה ו-750S. מחזור פעמים של פחות מ-10 דקות, המאפשרים נפח של כמה אלפי יחידות בשנה.התהליך מניב רכיבים העומדים בסטנדרטים של בטיחות ברמת הפורמולה 1 ברמת מחיר הכביש.

ניתוח עלויות: האם RTM Affordable עבור כרך גבוה?

העלות הישירה של רכיב התרסקות RTM מורכב מונעת על ידי חמישה גורמים: חומרי גלם (fiber ו resin), preforming עבודה, עיצוב זמן מחזור, כלי הנצחה, וסיום. כוס טיפוסי / HP-RTM beam עשוי לעלות 15-25 דולר לחלק כרכים של 50,000/שנה - דומה לאלומיניום אבל בהיר יותר.

עם זאת, כאשר העלות של המערכת נחשבת – כולל הרכבה, הגנה על קורוזיה, וחיסכון במשקל המאפשר סוללות קטנות יותר או כלכלת דלק טובה יותר - העלות הכוללת של בעלות לעתים קרובות לטובת RTM. לדוגמה, חיסכון במשקל של 30 ק"ג על EV יכול להפחית את עלות הסוללה על ידי 500 עד 700, יותר מאשר ביטול העלות החומרית הגבוהה יותר.

אחריות וסוף החיים

ביקורת אחת על תרכובות thermoset היא שקשה לשחזר.עם זאת, כמה גישות צוברות מערכתיות. Scrap RTM חלקים יכול להיות מעומק מכני למלאים עבור הזרקת תרכובות דפוס.מערכות רזסין חדשות עם אג"ח דינמי (ומכונים) לאפשר עיבוד מחדש תחת חום ולחץ.במגזר הרכב, רוב החלקים המורכבים עדיין מלאים אדמה בסוף החיים, אבל הקלה על פני כדור הארץ לעתים קרובות על מנת להפחית את כמות החיים של 152 אחוזים של פלדה -2.

יצרנים נעים גם כלפי רסטין מבוסס ביולוגית עבור RTM.לדוגמה, פוליאורטן מ BASF (Elastolit) מכיל עד 30% פחמן מתחדשים, וצמחים כגון Smart Fortwo EQ להשתמש בו עבור רכיבים מבניים. אלה res לשמור על ביצועי התרסקות שוות ערך לגרסאות המבוססות על פטרוכימי.

מגמות עתידיות ב-RTM עבור מבנים של התרסקות

אוטומציה ותעשייה 4.0

preforming רובוטית, חיתוך יבש-fabric אוטומטי, ושילוב שתן באינטרנט הם צמצום עלויות העבודה ושיפור יכולת החזרה.סגור תהליך שליטה באמצעות חיישנים בתבנית - כגון ניטור תרופות דיאלקטרי וטרנספקים לחץ - מאפשר אבטחת איכות בזמן אמת.זה קריטי עבור חלקי בטיחות שבו אפס פגמים נדרשים.

Thermoplastic RTM (T-RTM)

אחת ההתפתחויות המבטיחות ביותר היא השימוש של רידמה תרמופלסטית ב RTM. Cyclic Butylene terephthalate (CBT) או פולימיד 6 (PA6) ניתן מוזרק במצב מלוטש ולאחר מכן פולימרן בתבנית באמצעות פולימרומיזציה יוןית.החלק וכתוצאה מכך הוא בר-מחזורי, גמיש, ויש לו יותר מאשר תרמוקסימוס הוכיחו את טויוטה, לעומת 30 פעמים, לעומת זאת, עם מחזור אנרגיה.

מבנה היברידי רב-מיטרי

מבנים עתידיים של התרסקות עתיד לשלב RTM מורכב עם התאמות פלדה או אלומיניום. גישות היברידיות להציב צינורות מתכתיים במקומות הבריחים ולהשתמש בעורים מורכבים עבור החלקים המשפיעים-ההשפעה.זה מקטין את החוזקות של משפחות חומריות ויכול להפחית את העלות תוך שמירה על ביצועי ההתרסקות.

שימוש ב-Recycled Carbon Fiber

בעוד סיבי פחמן הופכים זמינים יותר ממחזור חיים סוף (למשל, ממטוסים בדיפנסיה או להבים טורבינות רוח), RTM עם סיבים פחמן ממוחזרים שאינם זורקים נחקרים. בעוד שהתכונות המכאניות נמוכות יותר מ סיבי בתולה, הם מתאימים למבנים של התרסקות משניים כגון חרטות מגרד ורדיוטור תומך.

מסקנה: תפקיד קריטי בעתיד בטיחות הרכב

העברת ריסין התבגרה מטכנולוגיית חלל נישה לתהליך ייצור רכבי הזרם המרכזי.היכולת שלה לייצר משקל, גבוה צמיחה, מורכב מרכיבים הופכת אותו הכרחי עבור מבני התרסקות מודרניים.כפי שרסנים, סיבים ואוטומציה ממשיכים להתקדם, RTM ישחק תפקיד גדול עוד יותר בפגישת דרישות תאום של יעילות דלק והגנה על הדיירים.

עוד קריאה

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)BASF Elastolit® R - מערכות לחץ גבוה RTM עבור עיצוב קל משקל רכב
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ,(Hexcel: car Complexs and RTM preformeurs)