亞天頓(廊坊)復合材料科技有限公司

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技術前沿:汽車碳纖維材料誤區解讀

常見誤區一:認為很多超級跑車用的都是碳纖維

關鍵點:錯把碳纖維與碳纖維增強復合材料混為一談

將人造纖維類材質用于汽車的生產已經由來已久,如今幾乎所有的一線廠商都有使用碳纖維類材質制造的汽車。

碳纖維和碳纖維增強復合材料

兩者的關系就像面粉與干糧,即所有人都知道碳纖維原材料,但根據需求生產出高性能復合材料才是難點和關鍵點。

另外從物理構成講:碳纖維幾乎全部由“碳”構成(通常在95%以上),而增強復合材料就要增加很多元素以滿足更高的使用需求。最常見的就有聚丙烯晴基纖維、黏膠絲和瀝青基纖維等,特性不同、檔次也不同,后文我們會展開介紹。

碳纖維幾乎全部由“碳”構成(通常在95%以上)是一種纖維狀的碳材料,復合材料通常會與樹脂結合

另外從稱謂的角度來說:碳纖維(CarbonFiber)的英文簡稱是CF,而碳纖維增強復合材料 (CarbonFiberReinforcedPlastic)的英文簡稱則是CFRP,比如前不久剛剛在上亮相的XLSport混動性能車以及剛剛在國 內上市的寶馬i系列車型都是采用的CFRP,即碳纖維增強復合材料制造的車身主體。

常見誤區二:提到碳纖維就認為是一種高級材質

關鍵點:碳纖維類材質也有高低檔之分,主要與制造工藝相關

提到碳纖維類材質,我們首先能想到的便是堅固、輕量并且價格昂貴(相比傳統和材質而言),當然這并不錯,因為 能夠應用到性能車型甚至是F1賽車上的碳纖維類類材質確實都是高端產品。只是這并不代表碳纖維類產品就沒有低檔貨,當中良莠不齊的生產質量和制造工藝流程 是區分高低端產品的關鍵。

事實上,碳纖維只是個廣義上物質界定,根據應用需求衍生出的復合類材質其實超級多,分類的維度也很多,比如可 以按原絲類型分、物理性能分、應用功能分、制造方法分等等,相應的就有了高低檔次之分。這里就按原絲類型來分,通常就有聚丙烯晴基纖維、黏膠絲和瀝青基纖 維等種類,而不用原料則意味著碳化得率的不同。這當中,用聚丙烯生產的碳纖維產量最多(約占市場的95%左右),它的碳化得率約為50%-60%左右,屬 于比較高的范圍,而以瀝青纖維為原料,碳化得率能達到80-90%,同時成本還更低,也是目前積極發展的類型。

另一個決定碳纖維用途和檔次的問題,就是制造工藝,最簡單的,我們都知道生產碳纖維類材料通常需要超高溫熱處 理步驟(通常在300℃-2000℃量級上),不同燒制溫度會直接影響產品的特性的成本,從而不同碳纖維類材料之間的差價可能在幾倍甚至幾十倍上下。另 外,高溫燒制往往也意味著大量的消耗,當然這就屬于維度的問題了,我們暫且不提。

常見誤區三:因為紋理相似,所以認為碳纖維材質與凱夫拉材質是同類

關鍵點:兩者物理特性、知識產權所屬等都有本質性不同

1972年凱夫拉成為美國杜邦所有的注冊商標

按照化學式不同,芳綸纖維材料可分對位和間位兩種,杜邦的對位芳綸品牌位KEVLAR,間位芳綸品牌位NOMEX。

在一次參觀寶馬X5防彈車時,現場觀眾之間的交流問題。另外當時還有位朋友不解的問:每年碳纖維類材料的產量很大,而凱夫拉材質(KEVLAR)年產量要少的多,為什么防彈材料不用碳纖維而用凱夫拉呢?

前面已經介紹過碳纖維,它其實就是一種纖維狀的碳材料;而凱夫拉纖維材質則是美國杜邦(DuPont)公司對 芳綸纖維材料產品的品牌名,它的化學名稱應該叫:聚對苯二甲酰對苯二胺,由于同屬人造纖維類材料,并且擁有相似的工藝流程,因而在視覺感受上確實有相似之 處,但其實是不同的。

反應材料的特性,最直接的方法就是看應用,比如凱夫拉材質會用在普通防彈盔甲甚至是坦克的防彈裝甲中,而不會 用碳纖維材質替代,這當中的很重要的原因就是,凱夫拉材質的韌性更佳,可以利用更好的塑性變形來吸收外部沖擊能量;而碳纖維則是脆性的,當外部能量超過極 限值后就會發生斷裂,這有個專業的比對詞匯叫做“模量”(類似彈簧系數)。毋庸置疑,凱夫拉的模量數值要高于碳纖維類材質。

首先,碳纖維增強復合材料是碳纖維的實際應用,兩者相互依存但又不在同一層面;同時碳纖維類材質與其他材質相 同,也有好壞高低之分,只是更多時候我們在性能車上見到的都屬于高端產品;另外,相比于凱夫拉材質,兩者確實有共性之處,并且均為高強度人造纖維材質,但 依舊不能相互等同。

發愁碳纖維不夠輕嗎?來點石墨烯吧
作者:賽車頭條

來自利物浦的工程師一直在減輕車的重量上絞盡腦汁,即便他們的Mono只有580千克——這已經足以讓很多跑車望塵莫及。

這一次BAC并沒有滿足于用碳纖維制作輪轂這一種方法,更極端的是,他們選擇用石墨烯制造車身面板。這意味著BAC成為了世界上第一個使用石墨烯制作車身面板的制造商,這款Mono 也是世界上唯一的用石墨烯打造、可以合法上路的單座跑車。

通過聯手Haydale Composite Solutions開發石墨烯車身,讓BAC的減重計劃得以實施。他們在后輪拱運用了石墨烯材料,一般情況下,使用石墨烯可以帶來20%的重量減輕和比原來高出200%的強度。

石墨烯為什么這么輕?從微觀上來說,石墨烯是由碳原子構成的只有一層原子厚度的二維晶體,所以它比碳纖維更輕。

可以想象,在車身上使用更多的石墨烯可以使車的性能得到顯著的提高。并且相比較于標準款的Mono,整車的強度也大大提高了。BAC表示對后輪拱的改造只是第一步,在對這個部件的測試和評估后,將會研發出更多適合于Mono的石墨烯部件。

雖然運用石墨烯可以使車更快,但由于成本高昂,BAC至今任在衡量到底該為哪個部件支付這筆資金。

轉自中國汽車網報

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