より厳しい排出基準と低炭素生活を人々が受け入れることで、省エネルギーと排出削減は自動車産業において重要な研究課題となっています。 限られたエネルギー革新の場合、軽量化は問題を解決する鍵の1つです。
2015年の世界の総車両販売台数は8,100万台で、2014年の8,717万台と比較して2.2％の増加となっています.2015年の生産能力は1億台に達すると予測されています。自動車市場の需要は1万トン以上に達し、2020年には20,000トンを超えると予測されています。今後5年間で年間平均成長率は21％に達すると予測されます。
1）スーパーランニング - 炭素繊維を初めて導入
自動車産業における炭素繊維複合材料の導入の理由は、主に、炭素繊維が従来の鋼およびアルミニウムよりも剛性であるが、軽量であることである。 しかし、高コスト、長い製造サイクル、および不安定なサプライチェーンのために、自動車産業は、少量で高価なスーパースポーツカーで初めて使用されています。
1981年、マクラーレンは最初に、フォーミュラ1 MP4 / 1上に一体型カーボンファイバーフレームを使用しました。 2000年以降、フェラーリやランボルギーニなどのスーパーカーメーカーは、炭素繊維複合材料を使用して自動車を作り始めました。 他のほとんどの自動車メーカーは、炭素繊維材料を使用しています。これは主に身体の一部や内装に使用されています。 その目的は、重量を減らし、ハイエンドスポーツカーのパフォーマンスを強調することです。
2）減量 - 炭素繊維需要の増加の原動力
政府の厳しい車両燃費基準と二酸化炭素排出規制は、自動車用炭素繊維複合材の重要な推進要因です。 ボディ全体の軽量化は、排気ガスを制御する非常に有効な手段です。 車両重量を100kg削減するたびに排出量を20g / km減らすことができ、必要な排出基準を満たすために平均車両は245kgを失う必要があります。 電気自動車は50％以上を失う必要があります。 すべての軽量材料の中で、炭素繊維複合材料は、鋼成分を50〜60％削減し、同じ強度を維持できる唯一の先進的な材料です。
近年、各国は二酸化炭素排出基準を発行している。 2010年4月と2012年8月に米国は、軽乗用車の燃費と温室効果ガス排出量を、2012年~2016年（フェーズ1）および2017-2025年（フェーズ2）にそれぞれ発行しました。 平均燃費は54.5 mpgです。 2016年12月23日に公式に発表され、2020年から公式に実施される予定である。標準的な要件によれば、2015年の中国の二酸化炭素排出量155g / kmとなり、2020年には112g / kmに削減する必要があります。 2015年に平均燃料消費量は6.9L /（100km）になり、2020年には5.0L /（100km）に削減する必要があります。
3）規模と産業統合 - BMWは炭素繊維構造部品を導入する
現在、BMW、メルセデスベンツ、アウディ、GM、フォードなどの世界の大手自動車メーカーは、すべて炭素繊維産業を展開し、炭素繊維技術を導入するモデルを徐々に導入しています。 そのうち、BMW社が最も顕著な会社です。 ドイツのBMW社は上流の炭素繊維工場の株式を積極的に購入し、SGLとの炭素繊維合弁会社を設立して炭素繊維強化複合材料を共同開発している。 炭素繊維技術は、BMWの生産モデルで広く使用されており、サプライヤーの安定性を確保するだけでなく、 生産サイクルを短縮し、コストを30％削減します。
2015年までに、BMWグループの自動車用炭素繊維の年間生産能力は9,000トンに達しました。 BMWは、中間層の30以上の部分で炭素繊維複合材を使用しており、音響パネル、フロントブラケットおよびシート構造が最も高い割合を占めています。
2014年には、BMW i3フルカーボンファイバーボディーの電気自動車が量産され、カーボンファイバーをボディー材料として大量に使用する最初の自動車メーカーになりました。 BMW i3の重量はわずか1195kgで、従来の電気自動車に比べて250〜350kg少なくなっています。 また、最高の性能の衝突安全保護機能を備えています。 バッテリー容量はわずか20kwhで、巡航範囲は160キロメートルで、従来の電気自動車クルージングレンジより52％高い。 。 さらに、BMW i8は車体と車体に炭素繊維を使用し、車の総重量を1,540kgに保ちます。 2015年7月1日、新6世代BMW 7シリーズ車がDingolfing工場で正式に稼動しました。 これは、工業的に製造された炭素繊維材料、高強度鋼およびアルミニウムの完璧な組み合わせを実現する最初のBMWコア製品です。 。
4）まとめ - 自動車分野における炭素繊維の応用
1）軽量。 自動車にカーボンファイバーを使用する場合、自動車製造の最も顕著な利点は軽量であり、最も直接的な影響は省エネ、加速、制動性能であることです。 一般に、車の重量は10％減少し、燃料消費量は6％〜8％減少し、排出量は5〜6％減少し、0〜100km / hの加速度は8〜10％制動距離は2~7m短縮される。
2）セキュリティ。 軽量ボディは、車両の重心を低くすることができ、車両の操縦安定性を向上させることができ、車両の運転はより安全で安定したものとなる。 炭素繊維複合材は優れたエネルギー吸収性を持ち、衝突時のエネルギー吸収能力は鉄鋼の6〜7倍、アルミニウムの3〜4倍であり、自動車の安全性をさらに高めます。
3）信頼性。 炭素繊維複合材は、より高い疲労強度を有する。 鋼とアルミニウムの疲労強度は引張強度の30〜50％であり、炭素繊維複合材料は70〜80％に達することができる。 したがって、自動車に用いられる炭素繊維複合材料は、材料疲労に対する信頼性を有する。 大きな改善。
4）開発サイクルを短縮する。 炭素繊維複合材料は金属よりもエンジニアリング可能であるため、ボディ開発のプラットフォーム化、モジュール化、統合が容易です。 このように、炭素繊維体と金属プラットフォームの複合体構造は、従来の自動車の車体構造のためにモジュール化され一体化され、部品の種類が大幅に削減され、金型投資が低減され、開発サイクルが短縮される。
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