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碳纖維為何能實現汽車輕量化?

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3d杀6码走:碳纖維為何能實現汽車輕量化?


碳纖維為何能實現汽車輕量化?

碳纖維
是一種與人造絲、合成纖維絲一樣的纖維狀碳材料,是目前世界高科技領域中十分重要的新型工業材料,提高汽車的綠色化性能。

節約不可再生能源和提高燃料效率的汽車輕量化解決方案正推動碳纖維應用快速增長。輕量化是未來汽車構件的主要發展方向。國際上越來越重視新型車用工程塑料與構件的開發,塑料零件在汽車中的用量迅速上升,發達國家已將汽車用碳纖維復合材料作為衡量汽車設計和制造水平高低的重要標志,“以塑代鋼”包含新的內涵,“塑”指碳纖維復合的工程塑料。作為汽車新興材料——碳纖維的出現,大大減輕了汽車的重量,汽車輕量化不僅包括減輕車身的重量,還涉及對車身結構的整合,重新設計,達到最佳的輕量效果。在保證汽車的強度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排氣污染。

實驗證明,若汽車整車重量降低10%,燃油效率可提高6~8%;汽車整備質量每減少100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6升;汽車重量降低1%,油耗可降低0.7%。

輕量化的車身設計,要求車身結構更加合理,車內空間也會更大。縮小尺寸的汽車還可以節省物料的使用,應用新型材料使得車身變輕以后車輛行駛更加快速,節能。
碳纖維復合材料構件同比純塑料構件30~40%,實現汽車減重化的革命,進一步達到節油、節電,降低對不可再生的石油資源的利用。

巴西研發出利用甘蔗生產出生物碳纖維,更體現出碳纖維節約不可再生資源的綠色化特性。

碳纖維復合材料構件同比純塑料構件強度同比鋼件高4~5 倍。常規的純塑料成型加工的汽車保險杠,碰撞性能較弱,實際僅起到包裝裝飾的功能,沒有達到保險的功能,日本車進不了美國市場,主要是安全性能達不到美國標準,而保險杠的強度也是其中主要的原因,據權威機構檢測,日產車的保險杠的鋼板厚度為1mm,美產車為3mm,碳纖維復合材料成型的保險杠的厚度如為2mm,強度不低于8mm后的鋼板,大幅提高了保險杠的安全系數,在高速撞擊下?;こ嗽卑踩戎詼嚳矯嬗兇龐肫脹üこ趟芰?、鋼板件無與倫比的優勢。

碳纖維復合材料構件質輕、轉動慣量小,有效降低噪聲級減少震動阻尼,提高乘員的舒適度。

另外,碳纖維復合材料實現汽車外罩的個性化設計,進一步迎合市場的個性化需求。

其強度高、模量高、耐高溫、抗蠕變、耐疲勞性好等優點,易實現自潤滑的性能,在某些運動構件中,可少用或不用潤滑油,有效降低環境污染、實現清潔運行。自潤滑意味著提高汽車的使用壽命,減少對資源的利用。工程塑料填充碳纖維后復合材料除持有原工程塑料性能外,提高了強度和剛度,更有利于以輕量化的特性取代汽車金屬合金結構件,拓展“以塑代鋼” 的應用領域。碳纖維用在汽車一體式車架和車身上,這種一體式車架,早期用在飛機火箭上,后來被f1賽車成功推廣,被稱作單體殼,至此在跑車界蔓延開來。

碳纖維的承載式車身能承受更大的拉應力,在目前的極速范圍內,這個封閉的座艙,能夠在車身高速沖撞,車體徹底支解后,保證駕駛者的絕對安全。

金屬車架和碳纖維車架差別明顯,碳纖維車架不能使用焊接或者鉚接技術,因為材料的抗疲勞性能差,只能用于粘合,我們所看到的碳纖維車身都像盒子一樣,雖然一體式碳纖維車架很堅韌,但有受力向度的問題,即整體中的某些部位不太能受力。每輛車都根據自己整體的情況特別設計車架,如F50的車架將后懸架直接連接在發動機及變速器上,再將整個發動機懸架結構嵌入車體內,其車架只重102kg,而抗扭度高達3550kgm/degree。這種設計可以營造極輕量的懸架重量,但同時會有較大的發動機振蕩傳入車廂。

是碳纖維不適合做越野車車架,因為越野車車架通常都需要允許非常大的變形和扭動等。目前的碳纖維太過于脆,沒有良好的韌性。

碳纖維是一種力學性能優異的新材料,它的比重不到鋼的1/4,抗拉強度卻達到鋼的7~9倍,以其制造的汽車可以節約燃油30%。

碳纖維最初只應用于軍事、航空航天等高科技領域,目前汽車界對碳纖維的利用已經趨于成熟,已經應用到了汽車的各個部分,比如車身,車頂,后備箱蓋,剎車盤,內飾部分,等等。
汽車零部件
阻礙碳纖維在汽車領域商品化的關鍵因素是制造成本。不過,隨著碳纖維行業的不斷成熟與發展,以及節能減排和汽車輕量化大方向的指引,碳纖維材料或成汽車界“瘦身革命”的領導者??梢栽ぜ?,碳纖維輕量車身必將掀起一股新的變革潮流,因而形成一個新的市場突破點。

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