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碳纖維材料是什么鬼?碳纖車身能安全嗎?

  汽車外殼大家都比較了解,有些人認為汽車的車身外殼大家所說的鐵皮是鐵質的,其實鐵皮并不局限于鐵質合金,很多汽車品牌車身外殼采用鋁合金、高韌性材料或者碳纖維材料。對于鋁合金和塑料可能比較了解,碳纖維雖然不是什么新型材料但知道他的人并不多,只是有些車主在改裝時,在汽車外殼或裝飾品上貼上一層薄薄的仿碳纖維貼膜而已。說起碳纖維讓人立即聯想到高大上的汽車,扒開大腦想一想凡是應用碳纖材料的汽車不是高端汽車就是賽道賽車,再有就是私人訂制和發燒友改裝的汽車了。碳纖維材料為什么如此受歡迎呢,它有什么優點呢?

  碳纖維(carbon fiber,簡稱CF),是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。 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,碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~9倍,抗拉彈性模量為 23000~43000Mpa也高于鋼。但碳纖維材料也只是沿纖維軸方向表現出很高的強度,其耐沖擊性卻較差,容易損傷,所以在制造成為結構組件時往往利用其耐拉質輕的優勢而避免去做承受側面沖擊的部分。


  隨著從短纖碳纖維到長纖碳纖維的學術研究,使用碳纖維制作發熱材料的技術和產品也逐漸進入軍用和民用領域。車用碳纖維復合材料可用作汽車傳動軸、板簧、構架和剎車片等制件。目前鋼鐵材料約占車體重量的3/4,如果汽車的鋼材部件全部由碳纖維復合材料置換,車體重量可減輕300kg,燃油效率提高36%,二氧化碳排放量可削減17%。

  1 .汽車車身和底盤的應用,由于碳纖維增強聚合物基復合材料有足夠的強度和剛度,是制造汽車車身和底盤等主要結構件的最輕材料。預計碳纖維復合材料的應用可使汽車車身和底盤減輕質量40% ~ 60%, 相當于鋼結構質量的1/3 ~ 1/6。常見的賽車車身、部分改裝車身都是為此,另外在視覺效果上絕佳非常炫酷。

   2 .剎車片的應用,碳纖維還因為其環保和耐磨的特點而應用在剎車片上,但含有碳纖維復合材料的產品都價格偏高,所以這種剎車片還主要應用在高檔汽車上。碳纖維制動盤被廣泛用于競賽用汽車上,如F1 賽車。它能夠在50 m的距離內將汽車的速度從300 km/h 降低到50 km/h,此時制動盤的溫度會升高到900 ℃以上,制動盤會因為吸收大量的熱能而變紅。碳纖維制動盤能夠承受2 500 ℃的高溫,而且具有非常優秀的制動穩定性。

  3 輪轂的應用,德國的輪轂制造專家推出的輪轂系列,采取2 片式設計,外環為碳纖維材質打造,內轂為輕量化的合金,搭配不銹鋼制的螺絲,較一般同尺碼的輪轂質量低40%左右。以20 寸的輪轂為例,該 輪轂質量為6 kg,而一般輪轂約重18 kg。英國Kahm 公司使用CFRP 制得的RX-X 型高級汽車專用車輪,質量僅為6 kg,可高速行駛,并可最大限度地降低車輪的徑向慣性力。由英國DYMAG 公司開發的世界最輕碳纖維/鎂車輪由碳纖維輪網和鎂剎車盤2 部組成,并用鍍鈦的特殊硬件連接起來。

   4.傳動軸應用 ,汽車傳動軸的受力情況比較復雜,尤其要承受很大的扭矩,充分考慮了碳纖維增強復合材料各向異性、比強度高和比模量相對較低的特點,從而使用碳纖維增強復合材料傳動軸能夠替代金屬產品,滿足使用要求。碳纖維傳動軸它不僅減輕了60%的重量,而且具有更好的耐疲勞性和耐久性。

  汽車上碳纖維的應用只要是為了實現汽車的輕量化的同時還能滿足足夠的汽車剛性需求,不但能達到節能減排的全球性需求,也能滿足大眾滿足大眾所關系的省油問題。碳纖材料可以作為未來汽車的主流材料,但是優秀產品總有它的弊端那就是成本太高,小小部件價格都維持在上萬元,所以只要能降低成本碳纖材料就能成為主流材料。



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