高强钢 常规钢 碳纤维 镁合金 铝合金板材冲压 铝合金挤出 铸铝
案例介绍
中国恒瑞产品开发示例- 顶盖&门槛横梁
案例介绍
工艺：真空导流VARI
工艺：树脂传递模塑RTM
材料：Toray 3K碳纤维/12K碳纤维+Hexion增强环氧树脂基 材料：西格里大丝束碳纤维+Hexion增强环氧树脂基
减重比例：高于50%
成型技术及路线
热固性批量化成型工艺技术——高压压缩RTM（HP-CRTM）
该工艺的设备与HP-RTM通用，部件生产的节拍与HP-RTM基本一致； 该工艺上先在模具合拢前留出一定的间隙，使用高压注射机注射时压力不用过高，待注射完成后进一步锁紧压机，闭合模具； 该工艺生产的部件纤维体积分数高，注射时纤维变形小，产品的机械性能好
• WCM
后背门框架
• RTM
• SMC
后框架
• RTM
前罩板-防火墙
• SMC
• RTM • SMC • TMP
A, B, C, D 柱及其加强筋 • TMP • RTM
底部框架
• WCM
• Braiding – RTM
车门板
• TMP
引擎盖框架
• RTM • SMC • TMP
门板加强筋 • TMP • RTM
成型技术及路线
亚洲首条独家专利自动化FRP成型生产线 RMCP——Rapid Multi-injection Compression Process（可适用于RMCP/HP-IRTM/HP-CRTM/WCM）
不同工艺之间成本对比
典型碳纤维汽车零部件，假定4KG重和50000件/年产量，基于（2016年）成本估算
减重10%
安全 -节省10%动能
耐久性 -疲劳减少50%
性能 -0.5s(0-100kph)
有效负载和牵引 -增加130公斤
碳纤维汽车市场 - 轻量化的必要性和紧迫性
CO2 排放政府规定
欧洲 美国轻型载货车 日本 中国
市场概览
每公里二氧化碳排放克数，以新欧标为基准
主机厂需要轻量化解决方案和也需多方面的考量：技术优势/成本/产能/技术成熟度等
CFRP在汽车碳纤维零部件的应用 及量产化技术
中国恒瑞有限公司 杨恒
2018.04.20
汽车用CFRP成型技术及应用
汽车用CFRP零部件潜在成型技术路线及工艺 热塑性路线
成型技术及路线
热固性路线
短切纤维
长纤维
连续性纤维
连续性纤维
长纤维
注塑成型
注塑/模压成型 • GMT • LFT/LFT-D • LWRT
• RTM • SMC-WCM
侧架
防撞梁 • SMC • TMP
冲击吸收盒 • Braiding - RTM
顶架 • RTM • SMC
• Braiding - RTM
• WCM
• RTM: 树脂传递模塑
• SMC: 模压成型
• WCM: 湿法模压
• PCM: 预浸料模压
*其中RTM技术涵盖且不限于基于同一工艺原理而衍生出的RMCP,L-RTM,-C-RTM,V-RTM等成型方法
生产； 该工艺压机锁模力相对高压RTM要低，生产节拍与HP-RTM类似，但设备投资相对较少，单个产品根据价格竞争优势； 可制作产品造型复杂度相对HP-RTM要低一些
放料与切割
铺层
将料放入模具 （有时需要做预制体）
在表面上涂胶
脱模
加压固化
合模
热固性批量化成型工艺技术——快速预浸料模压PCM
成型技术及路线
Source:
• RTM: 树脂传递模塑 • SMC: 模压成型 • WCM: 湿法模压 • PCM: 预浸料模压 • TMP: 热成型（热塑材料）
成型技术及路线Βιβλιοθήκη 热固性批量化成型工艺技术——高压RTM（HP-IRTM）
可实现快速自动化放料与切割，机器人自动化搬运铺层，自动化预成型，预制体自动转运合模，快速高压注射树脂，并配合使用快速固 化树脂体系，固化后自动开模产品自动转运； 高压RTM能制作产品复杂的部件，可实现包括三明治结构的一体化成型； 由于全部生产线自动化程度高，生产节拍一般可达3-6分钟，特殊情况下，甚至可高达2分钟； 需要人工少，产品一致性好，特别适合汽车零部件等高生产节拍需求； 利用高压RTM生产线设备，还可以改进出基于快速化工艺的高压压缩RTM（HP-CRTM），低压超级RTM（Ultra-RTM）等工艺
碳纤维车身工艺路线与传统车身工艺路线对比
汽车用CFRP复合材料行业展望及分析
冲压
焊接
涂装
总装
VS
注塑
胶接
总装
以碳纤维复合材料为代表的轻量化时代已经来临，中国汽车品牌需提早战略规划与布局方 能在这个以技术创新为核心原动力的时代实现腾飞
谢谢大家！
后翼子板 • SMC
• RTM: 树脂传递模塑 • SMC: 模压成型 • WCM: 湿法模压 • PCM: 预浸料模压 • TMP: 热成型（热塑材料）
汽车应用- 内饰件
仪表盘 • RTM • SMC
仪表盘装饰 •RTM •SMC
潜在应用
样件及小批量生产可以通过预浸料、真空导流和手糊等工艺实现
主控台 • SMC • RTM
该工艺原材料利用率高，生产效率高，节拍可达3-10分钟； 该工艺设备投资相对比较低，可实现手工、半自动、全自动转换，柔性化程度高；
可结合其他已有的技术如SMC等技术，实现复杂零部件（如带加强筋部件）的一体化成型。在该 工艺中，SMC作为高流动性填料用于制作部件的加强筋卡扣等复杂特征造型，而连续预浸料可作 为部件的加强部分，因而可实现既具有力学性能又可以实现高复杂造型的结构件；
成型技术及路线
原材料计算依据按照BMW与SGL碳纤维的协议价格价格在16$/KG左右；
汽车用CFRP零部件案例介绍
碳纤维应用汽车案例-迈凯伦720（2017）
案例介绍
部件：车身 工艺：碳纤维SMC+快速预浸料模压 一级供应商：意大利C.P.C 原材料供应：日本三菱 生产节拍：3分钟/件 总产能：10,000套/年
• TMP: 热成型（热塑材料）
Source:
汽车应用- 外覆盖件
引擎盖 • SMC • RTM
前翼子板 • SMC
前保险杠 • SMC • TMP
后视镜 • RTM
潜在应用
样件及小批量生产可以通过预浸料、真空导流和手糊等工艺实现
顶盖 • RTM • SMC
扰流器 • Braiding - RTM
减重比例：高于50%
中国恒瑞产品开发示例- 外覆盖件
材料：碳纤维加强环氧树脂基材料 工艺：预浸料模压/预浸料热压罐/快速
多孔注入压缩成型(开发中) 减重：可达50% 产量：预计2019年达 5000 件/年
产品：左车门外板下段 量产工艺：预浸料模压 部件尺寸：1307*200*80mm
案例介绍
汽车应用- 底盘部件
潜在应用
样件及小批量生产可以通过预浸料、真空导流和手糊等工艺实现
弹簧 • GFRP
引擎罩 • SMC • TMP
传动轴 • Winding-Braiding - RTM
稳定杆 • Winding-Braiding - RTM
板簧
• GFRP
油盘 • SMC
*其中RTM技术涵盖且不限于基于同一工艺原理而衍生出的RMCP,L-RTM,-C-RTM,V-RTM等成型方法
后背门 • SMC
后保险杠 • SMC • TMP
后扰流器 • RTM
前扰流器 • RTM
头灯底座 • RTM
轮毂 • RTM
门 • SMC • RTM
侧扰流器 •RTM
*其中RTM技术涵盖且不限于基于同一工艺原理而衍生出的RMCP,L-RTM,-C-RTM,V-RTM等成型方法 Source:
模压成型
• SMC • 湿法模压
WCM
HRC现有及未来发展工艺
短切纤维
模压成型 • BMC 注射成型 • R-RIM
潜在应用
汽车应用- 车身结构件
样件及小批量生产可以通过预浸料、真空导流和手糊等工艺实现
车顶框架及加强筋
车顶横梁
• Braiding – RTM
• Braiding - RTM
• SMC
门饰 • RTM • SMC
方向盘 • Braiding – RTM
座椅框架 • TMP • RTM
*其中RTM技术涵盖且不限于基于同一工艺原理而衍生出的RMCP,L-RTM,-C-RTM,V-RTM等成型方法
Source:
• RTM: 树脂传递模塑 • SMC: 模压成型 • WCM: 湿法模压 • PCM: 预浸料模压 • TMP: 热成型（热塑材料）
放料与裁切
铺层
预成型
Vacuum
Vacuum
脱模
抽真空合模固化
模具预留间隙
Resin
注射浸润预制体
成型技术及路线
热固性批量化成型工艺技术——湿法模压WCM
湿法模压为开模操作，在纤维浸润之前的裁切与搬运方法与高压RTM类似； 一般情况下无需制作预成型体，但若部件的造型相对比较复杂，湿法模压难以实现均匀浸润时，需要制作预成型体； 在铺层好的纤维垛上直接自动撒上胶液，有时可在模具外面进行撒胶，有时可直接放入模具撒胶，具体根据实际状况优化
模压成型预浸料（织 物铺层）TMP 拉挤成型 编织成型 纤维缠绕 自动铺丝/铺带 • ATP/AFP 热塑性液体成型
• RTM
模压成型
• 预浸料模压 PCM
• 热压罐 Autoclave
拉H挤R成C型
编织成型 纤维缠绕 自动铺丝/铺带 液体成型