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碳纤维复合材料在汽车领域的6个成功尝试

作者:小智 时间:2020-10-12 15:06:06 浏览:117
摘要:经过这些年的探索,碳纤维复合材料在汽车领域已经有了6个不错的尝试,效果令人欣喜。...

碳纤维复合材料作为材料界的新星,这些年收到的关注和青睐不胜枚举,从航空航天、到军工装备、再到汽车领域,甚至是医疗领域也有它的身影。不过目前碳纤维复合材料还没有真正融合于这些行业,更多的还只是在探索和尝试。经过这些年的探索,碳纤维复合材料在汽车领域已经有了6个不错的尝试,效果令人欣喜。
 
碳纤维复合材料在汽车行业应用
 
碳纤维复合材料因为自身高强度的性能,在部分零部件的更新换代中取得了不错的成绩,但也因为性能的开发尚未成熟,因此还无法覆盖汽车的整体,下面的这6种成功尝试,包含了车身、内饰、底盘等多个部分。
 
碳纤维复合材料在汽车领域的6个成功尝试
 
1、碳纤维汽车车身
 
碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度,是制造汽车车身的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身减轻质量40%~60%,相当于钢结构质量的1/3~1/6。英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究,结果表明,碳纤维增强聚合物材料车身重172kg,而钢制车身质量为368kg,减重约50%。目前赛车和部分改装车大多选用碳纤维复合材料车身,在降低重量的同时,因复合材料碰撞时减少了碎片的产生,从而提高了安全性。
 
应用实例:宝马i3碳纤维座舱减重50%,通用超轻概念车采用碳纤维车身和底盘减重68%;斯巴鲁WRX STItS采用CFRP车顶,相比钢板减重80%
 
碳纤维汽车轮毂
 
2、碳纤维汽车轮毂
 
作为保证汽车行驶安全的重要部件之一,轮毂不仅要承受整车重量和载重,还要传递驱动和扭矩。这对汽车轮毂的质量要求极高。汽车轮毂要具有较高的强度和抗冲击性,较好的耐热和导热性以及较好的耐久性和安全性。碳纤维复合材料具有优异的力学性能、耐热性和耐久性,可替代金属作为轮毂材料。同时,碳纤维材料的使用使得轮毂质量得到降低,有助于减少车轮转动惯量,使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。
 
应用实例:福特新一代野马Shelby GT350R配备了碳纤维轮毂。其重量仅为8.6kg,而一般铝合金轮毂重量要达到15kg;瑞典柯尼赛格的Agera车型整个轮毂上除了轮胎气门嘴,其余部件均为碳纤维打造。在降低约20kg的簧下质量的同时,还保证了坚固和安全。
 
3、碳纤维刹车系统应用
 
汽车制动器衬片主要使用石棉材料,制动时易摩擦产生高温,出现性能的热衰退,而产生的石棉粉尘有致癌危害。碳纤维复合材料的比强度高、耐磨性好、耐热性好,应用在汽车刹车片上,可作为石棉的替代品。碳纤维制动盘可以在50m内将车速由300KM/h降到50Km/h。碳纤维制动盘可承受2500℃的高温,且性能稳定。
 
应用实例:Porsche AG等车采用碳纤维制动盘,能在50m内将车速从300km/h降到50km/h。
 
碳纤维汽车内饰
 
4、碳纤维内外饰应用
 
碳纤维复合材料具有较好的强度、韧性、耐热性和耐老化性,可改善传统塑料制品脆性高、耐久性不好的缺点,作为汽车内饰材料使用。碳纤维复合材料还具有较高的强度和刚性、较好的抗冲击性,可作为金属材料的替代品运用于汽车外饰构件。同时,碳纤维复合材料具有较好的吸振效果,对撞击有较大的缓冲作用,且减少撞击碎片的产生,提高了安全性。此外,碳纤维内外饰材料的使用,除了达到汽车轻量化效果,还简化了零件制造工艺,降低了零件加工、装配、维修费用,降低生产成本。
 
应用实例:宝马M4配备了碳纤维质地的前后保险杠;改装版奔驰G50在外部套件、内外饰等多处使用碳纤维复合材料,在减重的同时动力也得到升级。
 
5、碳纤维传动轴应用
 
汽车传动轴的受力情况比较复杂,尤其要承受很大的扭矩,对材料性能要求较高。碳纤维增强复合材料具有各向异性、比强度高和比模量相对较低的特点,替代金属材料作为传动轴可较好的满足使用需求。碳纤维传动轴不仅可减轻重量60%,而且具有更好的耐疲劳性和耐久性。
 
应用实例:丰田86碳纤维传动轴仅5.53kg,减重50%;兰博基尼第六元素概念车使用碳纤维活塞连杆取代钢制连接件,重量减轻40%-50%。
 
碳纤维汽车进气系统
 
6、碳纤维进气系统应用
 
碳纤维复合材料作为汽车进气系统材料,一方面可减轻重量,达到轻量化的效果;另一方面,碳纤维材料易加工成各种曲面形状,且表面较为光滑,可有效提高进气效率。
 
应用实例:福特FalconXR6 Sprint轿车采用100%碳纤维制造的进气系统。碳纤维进气管重235克,而塑料进气管则为438克;宝马E82 135i配备的碳纤维高流量进气系统,使用高规格制程的双面碳纤维风箱与管路,可有效隔绝热源,提供了更稳定的冷空气来源,提升燃烧效率,释放高转速马力。
 
通过以上资料介绍,我们可以进行简单的总结。首先碳纤维复合材料应用在汽车领域是可行的,并且已经得到了证实;其次只有汽车的部分位置使用了碳纤维复合材料替代;另外研究碳纤维汽车领域应用,需要投入较大的经济和精力,这也是目前碳纤维汽车领域应用并不广泛的原因;最后碳纤维复合材料进入汽车行业,给汽车轻量化,甚至高铁、航空等这些与民生相关的领域指明了可行的方向。

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