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碳纖維復合材料汽車零部件的優劣分析

碳纖維復合材料汽車零部件的優劣分析 2016-02-22


   自從1953年第一輛全復合材料車身的汽車問世以來,復合材料在汽車上的應用不斷增多。如今隨著汽車輕量化浪潮的出現,碳纖維復合材料在汽車上的應用日益受到追捧。碳纖維復合材料(CFRP),因其質量小,而且強度高、剛性高,以及良好的耐蠕變與耐腐蝕性特點成為是最理想的汽車用輕量化材料。如今在汽車車身、尾翼、汽車底盤,發動機罩、汽車內飾等各個地方我們都能夠發現碳纖維復合材料的身影。
   那么碳纖維復合材料的應用究竟為汽車帶來了什么呢?碳纖維復合材料能否成為汽車零部件的主要材料呢?
   碳纖維復合材料讓汽車更安全
   近日有媒體報道某豪華轎車因大量采用碳纖維致使汽車的剛性降低,碳纖維車身經不起看似很一般的碰撞(參看:千萬級超跑帕格尼遇車禍碳纖維車身被毀)。對此,北京中材汽車復合材料有限公司總工程師高國強分析認為:“碳纖維復合材料實際上比金屬材料有更高的剛性和抗沖擊性能。從力學性能的角度而言,在汽車設計的時候,減重的同時會充分考慮部件的受力情況,不會為了降低重量而犧牲剛性。碰撞的結果不僅僅和材料本身有關系,和部件的結構也有非常密切的關聯,復合材料部件與車身連接結構的強度是否可靠,受沖擊的位置和方式都對破壞結構有影響?!?/span>
   高國強還介紹說,碳纖維復合材料還具有極佳的能量吸收能力,這進一步保證了碳纖維復合材料汽車的安全性。據介紹,碳纖維復合材料的能量吸收能力比金屬材料高4-5倍左右。數年來,F1車隊一直采用碳纖維復合材料制造其賽車的碰撞緩沖構件,從而顯著減少了這頂級汽車運動項目中的重傷事故。
   輕量化是碳纖維復合材料最大優點
   除了安全性之外,輕量化是碳纖維復合材料另一個顯著優點。而輕量化的直接成果就是減低汽車的油耗。
   1992年通用汽車公司介紹了超輕概念車(Ultralite ConceptCar),該車的車身采用碳纖維復合材料,由手鋪碳纖維預浸料工藝制造,整體車身的質量為191kg。用碳纖維取代鋼材制造車身和底盤構件,可減輕質量68%,從而節約汽油消耗40%。
   價格居高不下使碳纖維復合材料應用有限
   雖然對于汽車來說碳纖維復合材料具有更高的安全性、輕量化等眾多優點,但是現階段它還僅限于高檔轎車的應用?!斑@主要是因為碳纖維的價格一直居高不下?!备邍鴱娊忉屨f。
   需要說明的是由于其成本和工業水平的原因,我國碳纖維復合材料在汽車零部件上的應用還很有限。
   美國巖石山研究所曾經對汽車工業應用的碳纖維作了研究分析,結論是當碳纖維價格降至每千克16.5美元以下時,碳纖維與鋼材相比就有競爭性了。而降低碳纖維價格的途徑之一就是應用大絲束碳纖維。因為大絲束碳纖維制備屬于低成本生產技術,售價只有小絲束碳纖維的50%~60%。
據了解,目前世界上大絲束碳纖維生產商并不多,主要有美國的卓爾泰公司、阿可蘇公司、阿爾笛拉公司以及德國的SGL公司。我國在這方面還有待發展。


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