01
Introdução

Compósitos de fibra de carbono são compostos de alto desempenho feitos de resina, metal e cerâmica como matriz e fibra de carbono como reforço por métodos avançados de moldagem de compósitos. Polímeros Reforçados com Fibra de Carbono (CFRP) é o principal material utilizado para aplicações automotivas, que apresenta uma série de vantagens como baixa densidade, alto módulo e alta resistência específica. Portanto, é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, geração de energia eólica, lazer e esportes, militares e outros campos. Nos últimos anos, com a poluição cada vez mais grave do meio ambiente global, "economia de energia e redução de emissões, desenvolvimento da economia de baixo carbono" formou um alto consenso no âmbito global. A redução do peso dos automóveis pode efetivamente reduzir o consumo de energia e as emissões de escapamento. O CFRP é um excelente material leve com resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, absorção de choque e outras propriedades, e seus produtos têm uma aparência legal. Portanto, é cada vez mais favorecido por engenheiros automotivos. A fim de promover a aplicação de CFRP em automóveis, muitas universidades e empresas também realizaram pesquisas sobre a aplicação de CFRP em automóveis nos últimos anos.

02
Aplicação de CFRP no esqueleto corporal

Devido à sua baixa densidade, alto módulo e resistência específica, o CFRP é frequentemente adequado para aplicações de redução de peso de grandes peças estruturais. Como o sistema que mais contribui para a massa de todo o veículo, o esqueleto da carroceria é o alvo mais importante para a redução de peso do CFRP e a primeira aplicação do CFRP. A General Motors desenvolveu o carro-conceito de estrutura de esqueleto ultraleve CFRP já em 1992, e a carroceria i3 da BMW lançada em 2013 usava compartimento de passageiros CFRP, o que desencadeou o boom de pesquisa da aplicação CFRP. Desde então, a aplicação de CFRP no esqueleto da carroceria se expandiu gradualmente de carros superesportivos para carros de luxo e veículos de nova energia. O habitáculo do BMW i3 é composto por 34 peças CFRP, 13 das quais integralmente moldadas (incluindo 48 pré-formas), atingindo um elevado grau de integração, conforme mostrado na Figura 1. O corpo lateral do i3, por exemplo, é dividido em nove pré-formas, e as nove pré-formas são então moldadas pela tecnologia Resin Transfer Molding (RTM) para formar os painéis internos e externos do corpo lateral. As peças estruturais do esqueleto da carroceria BMW i8, BMW série 7, Lexus LFA, Lamborghini Aventador LP700-4 usam um grande número de peças CFRP, o painel traseiro do banco traseiro do Audi A8 também usa CFRP. Além disso, Mercedes-Benz, Ford, Toyota e outras empresas automobilísticas estrangeiras, existem CFRP na pesquisa de aplicação de peças estruturais do esqueleto da carroceria e liberação de modelo. As peças estruturais do esqueleto da carroceria Lamborghini Aventador LP700-4 usam um grande número de peças CFRP, o painel traseiro do banco traseiro do Audi A8 também usa CFRP. Além disso, Mercedes-Benz, Ford, Toyota e outras empresas automobilísticas estrangeiras, existem CFRP na pesquisa de aplicação de peças estruturais do esqueleto da carroceria e liberação de modelo. As peças estruturais do esqueleto da carroceria Lamborghini Aventador LP700-4 usam um grande número de peças CFRP, o painel traseiro do banco traseiro do Audi A8 também usa CFRP. Além disso, Mercedes-Benz, Ford, Toyota e outras empresas automobilísticas estrangeiras, existem CFRP na pesquisa de aplicação de peças estruturais do esqueleto da carroceria e liberação de modelo.

A leveza é um dos principais objetivos do desenvolvimento de veículos, e a redução de peso dos componentes do modelo está recebendo atenção da indústria. a aplicação de CFRP no esqueleto do corpo resultou em uma redução de peso de cerca de cem quilos.

03
Aplicação do CFRP em carrocerias e frisos internos e externos

O CFRP é mais utilizado nos revestimentos externos de modelos estrangeiros, principalmente para os modelos de luxo com maior posicionamento, o custo do CFRP é maior, portanto, seus revestimentos são frequentemente aplicados na forma de kit esportivo de alta opção ou modificado, faixas brilhantes de porta, spoiler traseiro, asa traseira, etc. Como BMW, Audi, Mercedes-Benz, Lexus, Lamborghini e outras marcas de modelos high-end, além de desenvolvimento próprio de coberturas CFRP e peças de acabamento interno e externo, também existem peças CFRP especiais no mercado para modificar.

O CFRP também é o centro de pesquisa de aplicação de coberturas de carrocerias domésticas e peças de acabamento externo. Basicamente, todos os OEMs domésticos têm pesquisas sobre a aplicação de CFRP em coberturas de carrocerias e acabamentos externos, e a aplicação está aumentando. Nos últimos anos, os principais modelos desenvolvidos e aplicados em coberturas de carroceria CFRP e peças de acabamento externo são Promised K50, Geely Link 03+/05+, Volvo Polaris 1, Great Wall WEYVV7, SAIC MG6, etc. já em desenvolvimento de produção em massa.

O Frontage K50, um carro esportivo puramente elétrico lançado em 2018, é o único modelo na China que adota revestimentos de carroceria "totalmente em carbono" (incluindo os acabamentos externos), com um total de 29 peças CFRP, exceto os para-choques dianteiro e traseiro e saias laterais. A massa total é de apenas 46,7 kg, o que é mais de 40% mais leve que as peças metálicas tradicionais.

04
Aplicação de CFRP em sistema de chassis

A maioria dos componentes do chassi são "massa inferior", e seu peso leve pode melhorar o desempenho de todo o veículo. No entanto, as peças do chassi estão localizadas em ambientes agressivos, e a maioria delas são peças móveis, que exigem maior desempenho de confiabilidade, como durabilidade, fadiga, corrosão, etc. O desafio do CFRP nas peças do chassi geralmente é maior do que nas peças da estrutura da carroceria. Portanto, tanto na China quanto no exterior, a aplicação de CFRP em peças de chassis é extremamente difícil. Atualmente, os principais componentes da pesquisa de aplicação de CFRP em chassis são eixo de transmissão, subestrutura, braço de controle, barra estabilizadora, junta de direção, cubo de roda, mola, etc. O eixo de transmissão é uma parte importante no sistema de transmissão do carro para transmitir poder, sua função é transmitir a potência do motor para as rodas junto com a transmissão e o eixo motriz, para que o carro produza força motriz. O eixo de acionamento tradicional do automóvel usa principalmente materiais metálicos, como aço de liga de carbono de alta qualidade 40Cr, 30CrMo, 42CrMo, etc. O uso de CFRP em vez dos materiais metálicos originais para preparar o eixo de acionamento pode atender aos requisitos de alta resistência e rigidez e fadiga do eixo de transmissão, além de conseguir uma redução significativa de peso, e reduzir a perda de energia do sistema de transmissão e o peso do veículo, melhorando a resistência à vibração, reduzindo o ruído, etc.

Eixos de transmissão automotivos compostos de fibra de carbono foram usados ​​em veículos pesados ​​da General Motors na década de 1880, reduzindo a massa em 60% em comparação com o aço. Com a atualização e melhoria contínua da tecnologia e equipamentos de produção, a produção e aplicação de eixo de acionamento composto de fibra de carbono também tende a aumentar.

O sobrechassi é um amortecedor intermediário para a ligação entre a carroceria e a suspensão, e a maioria dos sobrechassi tradicionais são feitos de chapas de aço por meio de estampagem e soldagem. Com o desenvolvimento da tecnologia leve, mudou gradualmente para o subquadro de liga de alumínio nos últimos anos, e o sobrequadro composto de CFRP, em comparação com o sobrequadro de liga de alumínio, há mais espaço para redução de peso. O chassi auxiliar CFRP desenvolvido pela Ford e Magna é aplicado ao Mondeo composto, substituindo 45% das peças de aço do chassi auxiliar tradicional e reduzindo o peso em cerca de 34%.

07
Conclusão

CFRP tem as vantagens de baixa densidade, alto módulo e alta resistência específica, e tem uma ampla perspectiva de aplicação na indústria automotiva. No entanto, devido ao alto custo, o CFRP ainda é usado principalmente em alguns modelos de última geração.

A aparência deslumbrante do CFRP é popular entre os jovens, e muitos modelos são desenvolvidos na forma de "kits esportivos" como um ponto promocional na forma de alta qualidade ou opcional dos modelos. No mercado de reposição, a modificação do "pacote esportivo" externo ocupa um mercado maior na aplicação de CFRP.