Avec les normes d'émission plus strictes et la vie à faible teneur en carbone acceptée par les gens, l'économie d'énergie et la réduction des émissions est devenue un sujet de recherche important dans l'industrie automobile. Dans le cas d'une innovation énergétique limitée, l'allègement est l'une des clés pour résoudre les problèmes.
En 2015, le volume global des ventes de véhicules s'est élevé à 89,1 millions d'unités, en hausse de 2,2% par rapport aux 87,17 millions d'unités en 2014. On estime que la capacité de production atteindra 100 millions d'unités en 2020. En 2015, la fibre carbone mondiale La demande du marché automobile atteindra plus de 10 000 tonnes et devrait dépasser 20 000 tonnes d'ici 2020. Le taux de croissance annuel moyen atteindra 21% dans les cinq prochaines années, ce qui deviendra l'un des domaines les plus dynamiques et les plus exigeants.
1) Super course - le premier à introduire la fibre de carbone
La raison de l'introduction des composites de fibre de carbone dans l'industrie automobile est principalement que les fibres de carbone sont plus rigides que les aciers classiques et l'aluminium, mais sont plus légères. Cependant, en raison du coût élevé, du long cycle de production et de la chaîne d'approvisionnement instable, l'industrie automobile est la première à être utilisée dans les super voitures de sport à bas volume et coûteuses.
En 1981, McLaren a utilisé pour la première fois un cadre en fibre de carbone intégré sur sa Formule 1 MP4 / 1. Après 2000, les fabricants de supercar tels que Ferrari et Lamborghini ont commencé à utiliser des matériaux composites en fibre de carbone pour construire des voitures. La plupart des autres constructeurs automobiles utilisent des matériaux en fibre de carbone, qui sont principalement utilisés dans certaines parties du corps et à l'intérieur. Le but est de réduire le poids et de mettre en valeur les performances des voitures de sport haut de gamme.
2) La perte de poids - la force motrice de la croissance de la demande en fibre de carbone
Les normes strictes d'économie de carburant des véhicules et les règlements sur les émissions de dioxyde de carbone du gouvernement sont des moteurs importants des composites automobiles en fibre de carbone. La réduction globale du poids du corps est un moyen très efficace de contrôler les émissions d'échappement. Pour chaque 100 kilogrammes de réduction du poids du véhicule, l'émission peut être réduite de 20 g / km, et le véhicule moyen doit perdre 245 kg pour respecter les normes d'émission requises. Les véhicules électriques doivent perdre plus de 50%. Parmi tous les matériaux légers, les composites de fibre de carbone sont les seuls matériaux avancés qui peuvent réduire les composants en acier de 50 à 60% et maintenir la même résistance.
Les pays ont publié des normes d'émission de dioxyde de carbone ces dernières années. En avril 2010 et août 2012, les États-Unis ont publié des règlements sur l'économie de carburant des véhicules légers et les émissions de gaz à effet de serre pour 2012-2016 (phase 1) et 2017-2025 (phase 2), respectivement, exigeant 2025 véhicules légers américains. L'économie de carburant moyenne est de 54,5 mpg. Les «Limites et méthodes de mesure des émissions polluantes des véhicules légers (phase 6 en Chine)» («National Six Standards») ont été officiellement publiées le 23 décembre 2016 et seront officiellement mises en œuvre à partir de 2020. Selon les normes, les émissions de CO2 en Chine sera de 155g / km, et devra être réduit à 112g / km en 2020; en 2015, la consommation moyenne de carburant sera de 6,9 L / (100 km), et en 2020, elle devra être réduite à 5,0 L / (100 km).
3) Échelle et intégration industrielle - BMW présente des pièces structurelles en fibre de carbone
À l'heure actuelle, les principaux constructeurs automobiles du monde, dont BMW, Mercedes-Benz, Audi, GM, Ford, etc., ont tous mis en place l'industrie de la fibre de carbone, et introduit progressivement des modèles de fibre de carbone. Parmi eux, la société BMW est la plus importante. La société allemande BMW achète activement des actions dans l'usine de fibres de carbone en amont et établit une joint-venture en fibre de carbone avec SGL pour développer conjointement des matériaux composites renforcés de fibres de carbone. La technologie des fibres de carbone est largement utilisée dans les modèles de production BMW, ce qui garantit non seulement la stabilité des fournisseurs. Raccourcir le cycle de production et réduire le coût de 30%.
En 2015, la capacité de production annuelle de la fibre de carbone automobile du groupe BMW atteignait 9 000 tonnes. BMW a utilisé des composites en fibre de carbone dans plus de 30 parties de la ligne médiane, avec des panneaux acoustiques, des supports avant et des structures de siège représentant la plus grande proportion.
En 2014, le véhicule électrique à carrosserie intégrale en fibre de carbone BMW i3 a été produit en série, devenant ainsi le premier constructeur automobile à utiliser la fibre de carbone comme matériau de carrosserie en grande quantité. La BMW i3 ne pèse que 1195 kilogrammes, soit 250 à 350 kilogrammes de moins que les véhicules électriques conventionnels. Il a également la plus haute protection de sécurité de collision de performance. La capacité de la batterie est seulement de 20kwh et la gamme de croisière est de 160 kilomètres, ce qui est 52% plus élevé que la gamme de véhicules de croisière électrique traditionnelle. . En outre, la BMW i8 applique de la fibre de carbone à la carrosserie et à l'habitacle, pour un poids total de 1 540 kg. Le 1er juillet 2015, la nouvelle BMW Série 7 de la 6e génération a été officiellement mise en service à l'usine de Dingolfing. C'est le premier produit de base de BMW à réaliser la combinaison parfaite de matériaux en fibre de carbone fabriqués industriellement, en acier à haute résistance et en aluminium. .
4) Résumé - application de fibre de carbone dans le domaine de l'automobile
1) Léger. Lorsque la fibre de carbone est utilisée dans les automobiles, l'avantage le plus évident pour la fabrication automobile est qu'elle est légère, et que l'impact le plus direct est l'économie d'énergie, l'accélération et la performance de freinage. En général, le poids du véhicule est réduit de 10%, la consommation de carburant est réduite de 6% à 8%, l'émission est réduite de 5 à 6%, l'accélération de 0-100 km / h est augmentée de 8-10% et la distance de freinage est réduite de 2 à 7 m.
2) Sécurité. Le corps léger peut abaisser le centre de gravité du véhicule, améliorer la stabilité de direction de la voiture, et le fonctionnement du véhicule sera plus sûr et plus stable. Les composites à fibres de carbone ont une excellente absorption d'énergie et la capacité d'absorption d'énergie de la collision est de six à sept fois supérieure à celle de l'acier et trois à quatre fois supérieure à celle de l'aluminium.
3) Fiabilité. Les composites de fibre de carbone ont une résistance à la fatigue plus élevée. La résistance à la fatigue de l'acier et de l'aluminium est de 30 à 50% de la résistance à la traction, tandis que les composites à fibres de carbone peuvent atteindre 70 à 80%. Par conséquent, les composites de fibre de carbone utilisés dans les automobiles ont une fiabilité pour la fatigue du matériau. Grande amélioration
4) Réduire le cycle de développement. Parce que les composites de fibre de carbone sont plus faciles à concevoir que les métaux, ils sont plus faciles à plate-forme, modulaires et intègrent le développement du corps. De cette manière, la structure de corps hybride du corps en fibre de carbone et de la plate-forme métallique peut être modularisée et intégrée pour la structure de carrosserie automobile traditionnelle, les types de pièces sont fortement réduits, l'investissement d'outillage réduit et le cycle de développement raccourci.
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