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새로운 에너지를 위한 경량 탄소 섬유 휠 분석
차량

새로운 에너지 차량 탄소 섬유 휠 경량화
분석

2023-07-11 06:59:49

소개
새로운 에너지 차량은 점차 기존의 연료를 대체하고 있습니다.
전기 자동차. 전기 자동차의 범위는
가장 큰 개발 장애물, 경량화
특히 중요합니다.

환경 보호에 대한 수요가 증가함에 따라
글로벌 자동차 업계가 추구하는 에너지 효율성
다양한 경량화 솔루션을 제공합니다. 무게 감소의 필요성
가 특히 눈에 띄며, 스프링이 없는 덩어리에서
스프링이 없는 덩어리의 중요한 구성 요소, 바퀴 계정
전체 차량 무게의 상당 부분을 차지합니다. One
효과적인 체중 감량 방법은 탄소를 사용하는 것입니다.
섬유 휠. 원자재 및 제조 비용이 감소합니다,
한때는 비싸고 고급에만 사용되었던 탄소 섬유 휠
럭셔리 또는 초호화 모델에서 점차 더 많이 사용되고 있습니다.
액세스할 수 있습니다.

그림 1: 탄소 섬유 휠

자동차 분야에서의 CFRP 적용 전망
탄소 섬유는 가볍고 강도가 높으며 탄성이 높은 고탄성 소재입니다.
섬유 소재입니다. 금속보다 밀도가 낮지만 16배나 더 가볍습니다.
강철보다 강합니다. 영 계수가 2~3배 더 높습니다.
기존 유리 섬유보다 유연성을 유지하면서도
의 섬유를 사용합니다.

일반적으로 알루미늄 합금 휠의 무게는 약 15kg입니다,
탄소 섬유 휠은 무게를 8킬로그램까지 줄일 수 있습니다,
탄소 섬유 휠을 진정한 "경량화 도구"로 만들었습니다.

탄소는 가볍고 강도가 높은 특성으로 인해
섬유는 항상 자동차에 선호되는 소재였습니다.
제조. 휠 애플리케이션 외에도 탄소 섬유
는 자동차 구동계, 리프 스프링, 구조물에도 사용됩니다,
를 사용하여 충분한 강도와 강성을 보장하는 동시에
차량의 무게와 에너지 소비를 줄입니다.
'2021 자동차 탄소 섬유 시장'에 따르면
리서치 보고서"를 발표했습니다.
자동차 탄소섬유 시장 규모가 거의 $160에 도달했습니다.
2020년에 백만 대에 달할 것으로 예상됩니다. 2021년부터 2027년까지 전 세계 자동차 산업은
탄소 섬유 시장은 복합적인 성장세를 유지할 것으로 예상됩니다.
연간 성장률 5% 이상.

자동차에 탄소 섬유 소재를 적용하는 것은 아닙니다.
경량화 및 에너지 소비 감소뿐만 아니라
또한 차량 안전 성능을 향상시키는 데에도 도움이 됩니다. 다음에 비해
전통적인 알루미늄 합금 휠, 탄소 섬유 휠은
더 가볍고, 더 강하고, 금속 피로가 없으며, 훨씬
소음을 줄입니다. 중국의 탄소 섬유 휠 시장은
탄소 섬유의 엄청난 잠재력에도 불구하고 광범위한 채택이 이루어지지 않고 있습니다.
바퀴는 주로 비용 고려 사항에 따라 달라집니다.

그림 2: 자동차 분야 탄소 섬유 수요 예측
섹터

지속적인 개선과 대규모 생산으로
탄소 섬유 제조 기술, 탄소 비용
섬유는 점차 감소하고 있습니다. 전통적인 탄소 섬유
전구체는 주로 폴리 아크릴로 니트릴 (PAN) 원료로 만들어집니다.
소재는 항상 비용이 많이 들었습니다. 하지만
아스팔트 기반, 폴리에틸렌 및 기타 재료를 생산하기 위한
전구체를 사용하면 탄소 섬유의 비용을 더 줄일 수 있습니다.
30%보다 높습니다. 예를 들어, 호주의 카본 레볼루션은
회사, 본딩으로 탄소 섬유 휠 제조
탄소 섬유를 수지와 결합하여 대규모 생산 및
탄소 섬유 휠의 비용을 다음과 비슷한 수준으로 줄였습니다.
알루미늄 휠.

중국 정부는 다음과 같은 관련 정책을 시행하고 있습니다.
국산 제품의 광범위한 적용을 촉진합니다.
고성능 탄소 섬유. 2021년 3월, '제14회
국가 경제 및 사회 5개년 계획
2035년 개발 및 장기 목표"를 발표했습니다,
를 통해 연구 강화의 필요성을 강조했습니다,
다음과 같은 고성능 섬유의 개발 및 적용
탄소 섬유와 그 복합재입니다. 이는 유리한
기술 발전을 위한 정책 환경을 조성하기 위해
탄소 섬유 산업을 미래로 이끌고 있습니다.

새로운 에너지 차량의 개발은 멈출 수 없습니다.
카본 파이버 휠은 새로운 모델에 기본 사양으로 적용될 수 있습니다.
에너지 차량.

CFRP 휠과 메탈 휠의 비교:

1886년 자동차가 발명된 이래, 자동차의 역사는 다음과 같습니다.
100년이 넘는 기간 동안 자동차 바퀴는 다음과 같이 진화해 왔습니다.
목재 소재부터 현대적인 금속 소재까지. 일반적으로
현대 자동차에 사용되는 휠 소재에는 강철 휠이 포함됩니다,
알루미늄 합금 휠, 마그네슘 합금 휠, 그리고 최근에는
몇 년 동안 탄소 섬유 휠이 등장했습니다.
슈퍼카.

강철 바퀴: 스틸 휠은 주로 철과 기타 재료로 만들어집니다.
금속을 사용하여 인성을 강화합니다. 다음과 같은 장점이 있습니다.
높은 인성, 우수한 내충격성 및 우수한 하중-
지지력. 또한 상대적으로 저렴합니다.
그러나 스틸 휠에는 다음과 같은 몇 가지 단점이 있습니다.
녹에 대한 취약성, 열 방출 불량, 무거운 무게, 그리고
제동 및 핸들링에 제한이 있습니다.

알루미늄 합금 휠: 알루미늄은
알루미늄 합금 휠과 안티몬과 같은 원소를 사용했습니다,
실리콘, 마그네슘을 함유하여 전반적인 성능을 개선합니다. 그리고
알루미늄 합금 휠의 제조 공정은 더
강철 바퀴보다 복잡하고 처리 단계가 더 많습니다.
알루미늄 합금 휠은 전반적인 성능이 더 우수하고
상당한 무게 감소. 밀도가 낮기 때문에
알루미늄 합금으로 더 빠른 가속과 더 나은 열을 제공합니다.
소멸되며 도심 도로 환경에 적합합니다.
그러나 알루미늄 합금 휠은 상대적으로 낮은
인성, 내충격성 및 내피로성, 그리고
오프로드와 같은 열악한 환경에는 적합하지 않습니다.
조건.

마그네슘-알루미늄 알로이 휠: 알루미늄과 비교,
마그네슘은 밀도가 낮고 탄소 섬유와 유사합니다.
복합 소재. 마그네슘-알루미늄 알로이 휠
에는 마그네슘이 주요 성분으로 포함되어 있으며
알루미늄, 아연, 망간 및 기타 원소. 다음을 제공합니다.
더 나은 탄력, 더 빠른 열 방출 및 더 강한 충격
흡수 기능을 제공합니다. 향상된 버전의
알루미늄 합금 휠은 인성 측면에서 우수합니다. 하지만,
마그네슘-알루미늄 합금 휠은 산화되기 쉽고
내식성이 약합니다.

탄소 섬유 휠: 탄소 섬유 휠은 비교적 새로운
최근 몇 년 동안 등장한 바퀴 유형입니다. 이들은
표면이 질감이 있는 순수한 검은색 외관으로
고급스럽고 세련된 외관. 탄소 섬유 휠은 다음을 제공합니다.
마그네슘과 비슷한 무게, 강력한 성능
바퀴, 높은 인성, 우수한 내충격성 및
내식성 및 내산화성. 현재 다음에서 사용됩니다.
오토바이, 산악 자전거, 로드 바이크, 자동차.

탄소 섬유 복합재 휠의 장점
자동차의 바퀴와 타이어는 전체 무게를 지탱하고
의 작용으로 차량을 운전하는 데 중요한 역할을 합니다.
변속기 차축. 핵심 구조 부품인 탄소
섬유 복합재 휠은 뛰어난 하중 지지력을 가지고 있습니다.
내충격성, 뛰어난 성능 제공
가속 중이나 과부하 상태에서는 탄소 배출량이 증가합니다. 또한 탄소
파이버 휠은 관성을 효과적으로 줄이고 더 빠른
가속, 제동 및 기동 감소로 인해
무게.

(1) 더 가벼운 무게, 더 높은 강도

탄소 섬유 복합 재료는 다음과 같은 장점이 있는 것으로 널리 알려져 있습니다.
"경량"과 무게에 가장 적합한 방법으로 인정받았습니다.
자동차의 탄소 배출량 감소. 탄소 섬유, 일명 '블랙
금"은 알루미늄보다 가벼우면서도 강도는 더 높습니다.
강철보다. 내식성과 높은 탄성률을 나타냅니다.
특성으로 인해 체중 감소뿐만 아니라
차량의 구조를 강화합니다. 데이터에 따르면 20-
인치 탄소 섬유 휠의 무게는 약 7.5kg입니다.
동급 크기의 알루미늄 합금보다 25% 이상 가볍습니다.
휠. 탄소 섬유 휠은 강도 측면에서 다음과 같은 특징을 보입니다.
알루미늄 대비 약 30%의 전반적인 성능 향상
알로이 휠.

(2) 향상된 성능 및 처리

호주 카본 레볼루션 휠 브랜드의 엔지니어들
의 연구에 따르면 바퀴의 무게를 1kg 줄이면
스프링이 없는 질량은 차량의 전체적인
무게가 15kg 감소합니다. 무게가 10% 감소할 때마다
차량의 가속 성능은 다음과 같이 향상될 수 있습니다.
약 8%. 이는 경량 휠이
차량의 동력 성능에 더 나은 반응을 제공합니다.
탄소 섬유 휠은 충격 흡수력도 뛰어납니다,
편안함이 향상되고 핸들링이 개선되었습니다.

(3) 에너지 효율 및 배출량 감소

탄소 섬유를 사용하여 언스프링 질량 1kg 줄이기
컴포지트 휠은 차량 전체를 줄이는 것과 같습니다.
무게가 15kg 감소합니다. 10%의 무게를 줄이면 6%-.
연료 소비 8% 감소 및 5% 감소
배출량. 차량이 동일한 양의 이산화탄소를 사용하는 시나리오에서
가솔린, 탄소 섬유 휠을 장착한 자동차는 최대 주행 가능
알루미늄 합금 차량에 비해 시속 50km까지 더 빠릅니다.
휠. 탄소 섬유 휠의 무게는 다음보다 60% 가볍습니다.
같은 크기의 단조 알루미늄 합금 휠 림과 비교했을 때,
차량 경량화를 통해 환경적 측면에서 중요한
목적.

(4) 향상된 핸들링 및 우수한 제동 성능

탄소 섬유 휠은 탄성 계수가 최대 200 GPa에 달합니다.
탄성 계수가 높을수록 탄성이 작아집니다.
힘을 받은 후 변형이 발생하여 더 나은
편안함과 향상된 핸들링. 휠을 다음과 같이 교체한 후
경량 탄소 섬유, 차량의 서스펜션
응답 속도가 눈에 띄게 향상되어 더 빠르고
더 부드러운 가속과 향상된 제동 성능.

탄소 섬유 복합재 휠의 적용 사례
2007년에 설립된 카본 레볼루션은 글로벌 기술 기업입니다.
회사 및 티어 1 OEM 공급업체가 성공적으로
개척, 상용화 및 산업화 된 높은
성능, 기술적으로 진보된 경량 탄소 섬유
휠. 고급 자동차 휠 외에도 이 회사는 다음과 같은 제품을 보유하고 있습니다.
23인치 및 24인치 카본 모니터 개발을 발표했습니다.
전기 트럭과 SUV 시장을 겨냥한 파이버 휠을 출시했습니다. The
개념 및 검증 프로젝트도 진행하고 있습니다.
보잉의 CH-47 치누크 헬리콥터 휠에 사용됩니다.

그림 3: 카본 레볼루션의 초경량 시리즈 탄소 섬유
바퀴

탄소 섬유 휠을 제조하려면 높은
정밀 탄소 섬유 레이업 및 고압 성형
기술을 보유하고 있습니다. 카본 레볼루션은 약 50개의 특허를 보유하고 있습니다.
탄소 섬유 휠 제품 및 제조 관련
프로세스를 통해 효율성을 개선하는 것을 목표로 합니다.
개선했습니다. 이를 위해 다음과 같은 기능을 개발했습니다.
고도로 자동화된 생산 라인과 광범위하게 고용된
머신러닝 및 인공 지능 기술을 통해
제조 공정을 최적화합니다. 평균적으로 휠
의 표준 알루미늄 휠보다 40% ~ 50% 더 가볍습니다.
시장. 또한 휠은 다음과 같이 디자인할 수 있습니다.
공기 역학적 모양으로 항력을 줄이고 범위는 늘리면서
가중치를 추가합니다.

이탈리아 기업 Bucci Composites는 최초의 20인치
카본 파이버 휠 림을 위해 특별히 설계된
스포츠/슈퍼카 부문. 이를 통해 휠을
허브를 전통적인 방식으로 사용하여 볼트 토크의 위험을 제거합니다.
느슨해집니다. 이렇게 하면 초경량 탄소 섬유 휠이
는 기존 휠만큼 조립과 유지 관리가 쉽습니다. To
특히 다음과 같은 경우에 발생하는 고온 문제를 해결합니다.
카본 세라믹 브레이크를 사용하여 휠 림의 안쪽면은
세라믹 층으로 코팅되어 탄소 섬유를 보호하고
극한의 온도에서도 휠 림을 사용할 수 있습니다.

그림 4: 탄소 혁명

부치 컴포짓은 또한 최첨단 장비를 갖추고 있습니다.
캐논의 생산 기술(고압 RTM-
HP-RTM)는 이탈리아에서 다음과 같은 기술을 보유한 유일한 회사입니다.
더 많은 자동차 휠 모델을 지속적으로 개발
산업.

그림 5: 캐논의 HP-RTM 프로세스 장비

캐논의 솔루션에는 다음과 같이 필요한 장비가 포함되어 있습니다.
복합재 제조를 위한 고압 RTM 공정
에폭시 수지 매트릭스와 탄소 섬유를 사용한 재료
보강:

(1) 다음을 위한 세 가지 구성 요소로 이루어진 E-시스템 고압 투약 장치
에폭시 수지 제형, LN10 3성분 함유
믹싱 헤드 및 출력 비율의 폐쇄 루프 제어.

(2) 클램핑이 있는 쇼트 스트로크 압축 성형 프레스
25,000kN의 힘, 3.6×2.4m 프레싱 플레이트, 고강도
정밀한 평행도 능동 제어로 성형품의 평탄도 보장
부품.

그림 6: 부치 컴포지트의 20인치 탄소 섬유 휠

영국의 유명 자동차 제조업체인 벤틀리는 최근
벤틀리를 위한 혁신적인 올 카본 파이버 휠을 출시했습니다.
부치 컴포지트에서 개발한 벤테이가 SUV. 22인치
탄소 섬유 휠이 가장 큰 탄소 섬유 휠이 되었습니다.
혁신적인 디자인과 탁월한
성능과 함께 6kg의 무게 감소를 달성했습니다.
휠.

그림 7: Bucci가 벤틀리를 위해 개발한 22인치 휠

미국에 본사를 둔 Vision Wheel은 새로운
IDI와 공동으로 개발한 탄소 섬유 휠
컴포지트 인터내셔널 및 복합 재료 직조
전문 A&P 기술. 각 휠의 가격은 $2,000 또는
더 낮습니다.

또 다른 미국 기업인 ESE Carbon은 E2
애프터마켓에서 통합 탄소 섬유 복합 휠을 판매하고 있습니다,
테슬라 모델 S, 테슬라 모델 3, 스바루 WRX STI 서비스 제공
차량.

E2 휠은 혁신적인 첨단 맞춤형 섬유를 사용합니다.
배치(TFP) 및 고압 레진 주입 기술입니다,
성능, 내구성, 효율성 및 혁신의 결합
탄소 섬유의 아름다움으로 최고의 품질을 제공합니다.
애프터마켓 휠.

바퀴가 가벼울수록 회전 관성이 낮아져 결과적으로
바퀴를 앞으로 이동하는 데 필요한 힘을 줄입니다. 따라서
프리미엄 카본 파이버 컴포지트 휠, E2는 크게
알루미늄 및 스틸 휠에 비해 무게를 줄였습니다. 테스트
연구에 따르면 바퀴 하나당 10파운드의 무게를 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다,
그 결과 랩 속도가 5.3% 증가했습니다.

간단히 말해서, 가벼운 물체는 감속하는 데 더 적은 노력이 필요합니다.
멈추세요. E2 카본 파이버 휠은 45% 더 가볍습니다.
동급 강철 또는 알루미늄 휠. 테스트 결과 E2
바퀴는 60마일에서 제동 및 해안 거리를 줄일 수 있습니다.
3.6%로 1마일까지 이동합니다.

언스프링 무게를 줄이면 스프링에 가해지는 힘을 최소화할 수 있습니다.
서스펜션이 바퀴를 도로에 단단히 고정합니다. 각 E2
탄소 섬유 휠은 최대 10파운드의 언스프링을 줄일 수 있습니다.
무게를 줄여 서스펜션 성능을 개선합니다.
결과적으로 타이어 접지력이 향상되어
스티어링 반응과 더욱 민첩한 핸들링을 제공합니다. 켜짐 여부
도로와 트랙을 가리지 않는 E2 카본 파이버 휠로 라이딩을 즐기세요.
경험을 완전히 새로운 차원으로 끌어올릴 수 있습니다.

도로 테스트

수년간의 프로토타입 테스트를 거친 후, 기술적으로 가장
지금까지 개발된 첨단 자동차 휠 허브는
생성되었습니다. 유한 모델링을 사용한 고급 모델링을 사용하여
요소 분석, ESE의 복합 엔지니어링 팀은 다음을 수행할 수 있습니다.
다양한 실제 환경에서 휠의 반응을 예측합니다.
시나리오. 이러한 풍부한 데이터를 통해 ESE의 바퀴는 다음과 같은 과정을 거칩니다.
실험실과 현장 조건 모두에서 테스트하여 검증합니다.
강도, 안전성 및 성능을 제공합니다.

방사형 충격 테스트
방사형 충격 테스트는 다음과 같은 경우 휠의 안정성을 평가합니다.
포트홀이나 큰 장애물을 만나면 심각한 상황을 방지하기 위해
손상 또는 고장. 도로 상황이 항상 완벽한 것은 아니기 때문입니다,
E2 휠은 일반적인 주행 환경을 견딜 수 있도록 엄격한 테스트를 거쳤습니다.
동급 강철보다 우수한 것으로 입증되었습니다.
알루미늄 휠.

연석 충격 테스트
연석 영향 테스트는 효과를 평가하기 위한 중요한 평가입니다.
정적 표면에 반복적으로 충격을 가하여 차량을 시뮬레이션합니다.
연석이나 기타 고정된 물체에 미리 정해진 속도로 부딪히기.
저속에서도 연석과 바퀴 사이의 접촉이 유지됩니다.
상당한 충격력을 발생시킵니다. E2 탄소 섬유 휠
장애를 견딜 수 있도록 설계되고 광범위한 테스트를 거쳤습니다.
연석 충격과 같은 파괴적인 상황에서 사용할 수 있습니다.

SAE J3204 테스트

E2는 포괄적인 테스트를 거쳤으며 다음을 기다리고 있습니다.
의 새로운 생산 공정인 SAE J3204 인증을 획득했습니다.
복합 소재 휠. ESE는 다음과 긴밀히 협력하고 있습니다.
미국 자동차공학회(SAE)의 지원을 받아
복합 소재 휠에 대한 표준 및 벤치마크입니다. In
실제로 ESE의 E2 탄소섬유 휠은 미국 자동차공학회(SAE)의 최소 기준을 뛰어넘습니다.
권장 사항.

금속 휠과 마찬가지로 SAE는 내구성 문제를 해결합니다.
복합 소재 휠의 다양한 피로와
충격 테스트. SAE는 또한 다음과 같은 새로운 요구 사항을 도입했습니다.
복합 소재의 고유한 환경 영향 해결
자료.

그림 11: 주요 기업에서 채택한 E2 탄소 섬유 휠
전 세계 자동차 제조업체.

E2 카본 파이버 휠은 최신의
맞춤형 섬유 배치(TFP) 기술. 탄소 섬유
레이업은 전통적으로 다음과 같은 노동 집약적인 과정이었습니다.
탄소 섬유 원단을 수지로 절단하고 수작업으로 성형합니다.
곰팡이. 이로 인해 과도한 폐기물과 수작업이 발생했습니다.
프로덕션에 병목 현상이 발생할 수 있습니다.

그림 12: 맞춤형 광케이블 배치(TFP)

TFP는 다음을 사용하여 최적의 구조적 성능을 달성합니다.
탄소섬유를 정밀하게 배열하고 꿰매는 기계로
위치로 이동합니다. 이렇게 하면 레이어링 시간이 50% 단축되고 머티리얼
폐기물을 80%까지 줄일 수 있습니다. 또한 ESE는 설계를 최적화할 수 있습니다.
정밀한 광섬유 배치와 방향을 통해
탄소 섬유 휠의 곡률과 스포크를 수용합니다.
이는 E2 카본의 강도와 내구성을 향상시킵니다.
섬유 휠을 사용하여 하중을 효율적으로 관리하고
스트레스.

E2는 또한 독점적인 레진 트랜스퍼 몰딩을 사용합니다.
(RTM) 공정과 에폭시 수지 시스템으로 제조하는
허브, 휠 림 강도와 피로도를 높입니다.
저항. ESE는 최고 품질의 가장 빠르게 경화되는
레진으로 업계 최고의 성능을 제공합니다.
최대 212°C의 Tg(유리 전이) 온도. 섬유
ESE의 수지 대 수지 함량 비율은 60%이며 공극이 최소화됩니다.
의 콘텐츠로 업계 최고 수준입니다.
또한 ESE는 2분 이내에 허브를 완전히 주입할 수 있습니다.
분.

그림 13: RTM 공정을 사용한 CFRP 휠 제조

결론:

탄소 섬유 휠을 사용하면 휠의 무게는 다음과 같습니다.
크게 감소하여 스포츠카가 우수한
핸들링 성능. 관성이 낮은 카본 파이버 휠
스티어링 반응과 트랙션이 향상되어 더 빠르게
가속 및 제동.

또한, 거리 불안은 많은 사람들에게 중요한 문제입니다.
구매를 고려할 때 잠재적 소비자
전기 자동차. 전기 자동차의 주행 가능 거리는
주로 배터리에 따라 달라지며, 다른 요인들에도
충격. 경량 탄소 섬유 휠은
중 휠 회전으로 인한 에너지 소비
가속 또는 감속을 통해 주행 거리를 최대화합니다.
전기 자동차.

 

1월 6, 2024