碳纖維復合材料汽車零部件輻射固化及其電力需求的研究

碳纖維復合材料汽車零部件輻射固化及其電力需求的研究

減少汽車燃油消耗能有效改善全球氣候問題。輕量化是降低汽車燃油消耗最有效的途徑之一。采用高性能的碳纖維復合材料代替傳統的金屬材料是目前汽車實現輕量化的一種有效方式。由于碳纖維復合材料內部具有較大的空隙率，將其用在汽車零部件的主承力結構時，需要對其進行固化成型處理，以降低其空隙率，提高力學性能。常規的固化方法是熱固化，這種熱固化方法常使碳纖維復合材料內部產生內應力。對此，提出了一種利用X射線來實現輻射固化的方法。

利用X射線實現對碳纖維復合材料的固化，主要是由于X射線中的高能電子束碰撞碳纖維復合材料中的分子，并在短時間內將能量傳遞給碳纖維復合材料分子。這些分子吸收碰撞能量之后，破壞原有的平衡，形成游離的分子，這些游離的分子在碳纖維復合材料中迅速擴散，使空隙率降低。對該方法進行驗證時，選擇阿斯頓馬丁汽車的發動機罩作為實例進行驗證。進行碳纖維復合材料發動機罩制作時，采用一塊長1.49m、寬1.53m的耐高溫聚酯玻璃纖維板作為制造發動機罩的模具，模具中鋪設4～6層（本研究選擇4層）碳纖維復合材料。將模具置于高壓釜中加熱，溫度121℃，時間約為1h，模具中的碳纖維復合材料層形成發動機罩樣品。將形成的發動機罩樣品置于真空室中進行X射線輻射，輻射劑量為60J/kg。最后，對制造的碳纖維復合材料發動機罩進行力學性能和隔熱性能的測試，并計算碳纖維復合材料部件固化所需的功率。結果顯示，所制造的發動機罩能滿足相應的力學要求和隔熱要求，整個固化過程的電力需求約為192kW·h。

Anthony Berejka et al. SAE 2016-01-0527.

編譯：王祥