【汽車碳纖維，汽車用的碳纖維是怎樣的】
4，汽車碳纖維的定義 展開全部現(xiàn)今階段，無論是從性能考慮，還是從環(huán)保出發(fā)，汽車輕量化都已成為一種必然趨勢 。而碳纖維復(fù)合材料是汽車輕量化的不二之選，眾所周知的頂級(jí)方程式賽車車身就整體使用的是碳纖維復(fù)合材料 。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種材料逐步普及，已經(jīng)開始運(yùn)用于普通汽車上 。一、汽車輕量化已勢不可擋減輕車重是人們一直在追求探索的 。汽車變輕，一方面能提高車輛性能，另一方面更能滿足節(jié)能環(huán)保的需求 。如果將現(xiàn)在汽車的鋼材部件全部由碳纖維復(fù)合材料置換，車體重量可減輕40-50％，車子的提速和轉(zhuǎn)向等性能顯著提升 。此外，當(dāng)前我國機(jī)動(dòng)車污染物排放量已超4,500萬噸 。研制輕量化汽車是實(shí)現(xiàn)我國低碳經(jīng)濟(jì)的迫切需求 。數(shù)據(jù)顯示，汽車每減重10%，燃油消耗可節(jié)省7%，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(fù)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％ 。若減重20%-30%，每車每年CO2排放可減少0.5T，不僅減少了使用成本，更加綠色環(huán)保 。二、碳纖復(fù)合材料是必然選擇碳纖維是由化纖和石油經(jīng)特殊工藝制成的纖維，除了和一般碳素材料一樣具備耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等特性外，它強(qiáng)度更高，質(zhì)量輕，更耐腐蝕 。它的密度不到鋼的1／4，但抗拉強(qiáng)度卻是鋼的7～9 倍，抗拉彈性也高于鋼，在2000℃以上的高溫惰性環(huán)境中，是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì) 。在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃 。而且它外形柔軟，可加工成各種織物 。從使用的角度看，碳纖維不存在腐蝕生銹的問題，比普通金屬耐用 。在極端氣候條件下，碳纖維的性質(zhì)幾乎不發(fā)生變化 。使用碳纖維制造車身，可以省去高成本、繁瑣的涂裝工藝 。難怪有人說，碳纖維幾乎是目前可知的最能讓汽車減重的完美材料 。展開全部碳纖維在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用率先從賽車開始，近年來在民用汽車中得到了廣泛的引用 。涂著清漆，故意露出深沉的黑色編織花紋的碳纖維組件已不單單只是為了看上去拉風(fēng)，“高碳”之風(fēng)越刮越烈 。什么是碳纖維?一般碳纖維的密度為1750 kg/立方米，如此低的密度讓其更是廣泛被使用于大型飛機(jī)，例如空中客機(jī)的A350與A380，波音787均利用碳纖維復(fù)合材料來減輕耗油量 。另外大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片，賽車、高端自行車的車身均為碳纖維復(fù)合材料需求量增加的重要因素 。5，什么是碳纖維車身 就是用碳纖維制作的車身碳纖維 carbon fibre 含碳量高于90％的無機(jī)高分子纖維。其中含碳量高于99％的稱石墨纖維 。碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好 。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化，與金屬復(fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象 。因此，碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理 碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得；按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學(xué)性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右 。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上） 。強(qiáng)度大于4000MPa的又稱為超高強(qiáng)型；模量大于450GPa的稱為超高模型 。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維，其延伸率大于2％ 。用量最大的是聚丙烯腈基碳纖維 。碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料 。碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料 。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等 。碳纖維由聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或粘膠維等經(jīng)氧化、炭化等過程制得的含碳量為90%以上的纖維 。隨著科技的進(jìn)步，一些新技術(shù)、新材料逐漸應(yīng)用到了汽車領(lǐng)域，并對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，其中碳纖維材料在汽車上的應(yīng)用最為典型 。碳纖維給汽車制造帶來的突出優(yōu)勢 一、輕量化 碳纖維應(yīng)用于汽車后，給汽車制造帶來最明顯的好處就是汽車輕量化，最直接影響的就是節(jié)能、加速、制動(dòng)性能的提升 。一般而言，車重減小10％，油耗降低6％～8％，排放降低5～6%, 0-100km/h加速性提升8-10%，制動(dòng)距離縮短2～7m 。二、安全性 車身輕量化可以使整車的重心下移，提升了汽車操縱穩(wěn)定性，車輛的運(yùn)行將更加安全、穩(wěn)定 。碳纖維復(fù)合材料具有極佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍，這進(jìn)一步保證了汽車的安全性 。三、 舒適度 碳纖維復(fù)合材料具有更高的震動(dòng)阻尼，輕合金需要9秒才能停止震動(dòng)，碳纖維復(fù)合材料2秒就能停止，故碳纖維應(yīng)用在汽車上，對(duì)于整車nvh（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）的提升貢獻(xiàn)同樣很大，會(huì)大幅增強(qiáng)汽車行駛的舒適性 。四、可靠性碳纖維復(fù)合材料具有更高的疲勞強(qiáng)度，鋼和鋁的疲勞強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的30-50%，而碳纖維復(fù)合材料可達(dá)70-80%，因此汽車上應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料對(duì)于材料疲勞可靠性有較大提升 。五、提升車身開發(fā)水平 由于碳纖維復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性比金屬強(qiáng)，因此更易于車身開發(fā)的平臺(tái)化、模塊化、集成化 。這樣碳纖維車身及金屬平臺(tái)的混合車身結(jié)構(gòu)對(duì)于傳統(tǒng)汽車車身結(jié)構(gòu)而言，可以做到模塊化、集成化，大大減少零件種類，減少工裝投入，縮短開發(fā)周期 。6，汽車碳纖維的特點(diǎn) 可軟可硬的碳纖維既然是纖維織物材料，所以碳纖維可以被紡織成碳纖維布來從線變成面，同時(shí)保持著超輕、柔軟、耐拉的特性，可是它如何變成堅(jiān)硬的車體組件的呢?柔軟的碳纖維布從紙般柔軟到鋼鐵般強(qiáng)硬的質(zhì)變過程，通過在模具中按纖維方向交錯(cuò)疊放碳纖維布，利用環(huán)氧樹脂粘接劑將多層切割好的碳纖維布逐層站在一起，這一過程需要用5到10層甚至更多蹭薄如蟬翼的碳纖維布，粘合成加厚版碳纖維布 。這時(shí)它的柔韌性已經(jīng)非常的差，幾乎跟剛性材料差不多 。其原理就如同將一頁紙完全粘貼成一疊厚厚的紙堆，紙堆就會(huì)變得堅(jiān)固 。粘接好的半成品之后再采利用高溫高壓烤箱來使粘合后的體積進(jìn)一步壓縮、強(qiáng)化，最終出爐的將是組件的成品毛坯，進(jìn)過去毛邊、打磨、拋光等工序，亮閃閃的車身組件就加工好了 。這一過程看似簡單，但是其中碳纖維布的成本以及工序成本，仍然使這一工藝無法大規(guī)模應(yīng)用，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是異常昂貴 。全碳自行車架全碳車身的帕加尼Zonda R超級(jí)跑車帕加尼Zonda Cinques的碳纖維花紋完全不用車漆來修飾摸上去手感與塑料差不多，卻有著鋼鐵一般強(qiáng)度和韌性的碳纖維組件，不僅能夠幫助整車有效減重，更由于其昂貴的特性而變成奢華的象征 。以法拉利、蘭博基尼、帕加尼等為代表的意大利超級(jí)跑車想必大家非常熟悉，為了追求輕量化，由于制造過程幾乎不計(jì)成本，所以在車上大規(guī)模應(yīng)用碳纖維組件甚至整車使用碳纖維材料完全不是難題 。碳纖維汽車組件輕量化程度之高愛恨交加的碳纖維說到愛恨交加，這是因?yàn)樵贔1方程式賽車領(lǐng)域，全車碳纖維已不是新鮮的技術(shù) 。分秒必爭的激烈競爭以及日益嚴(yán)苛的比賽規(guī)則強(qiáng)迫各大車隊(duì)去重視碳纖維技術(shù)的應(yīng)用，可能出了動(dòng)力系統(tǒng)之外余下的組件能用碳纖維實(shí)現(xiàn)的都已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 。賽車史上最令人扼腕惋惜的塞納也正是由于在事故時(shí)，堅(jiān)硬的碳纖維組件(一說是車軸)刺破了塞納的頭盔導(dǎo)致他當(dāng)場離世 。2007年庫比卡的驚魂一撞 。時(shí)過境遷，經(jīng)過精密計(jì)算和加工的單體殼車體，能夠滿足F1方程式賽車在極端碰撞下不變形的技術(shù)要求，喜歡看F1的車迷朋友肯定會(huì)記得2007年加拿大站庫比卡的賽車以超過300km/h的速度撞到防護(hù)墻，賽車被彈到空中掉落翻滾在賽道的另一頭從，賽車基本粉碎，可是座艙保持完好，車內(nèi)的庫比卡事后檢查只是扭傷了腳踝，竟然沒耽誤下一次的比賽 。奔馳SLR McLaren的碳纖維車體最前端的部分就是碳纖維潰縮柱在民用汽車領(lǐng)域，奔馳嘗試應(yīng)用碳纖維材料作為潰縮區(qū)域，首先在SLR McLaren上得到了應(yīng)用 。呈尖塔狀的碳纖維潰縮柱由無數(shù)根粗壯的碳纖維經(jīng)過編織而成，雖然結(jié)構(gòu)依舊無比堅(jiān)硬，但是在設(shè)計(jì)上讓它能夠在正面碰撞時(shí)破碎成無數(shù)細(xì)小的碎片，來吸收大量的能量，并且碎片不會(huì)對(duì)人造成傷害，這一點(diǎn)非常類似于汽車鋼化玻璃的破碎原理 。寶馬已經(jīng)開始嘗試全碳車體在小型車上的應(yīng)用只是相對(duì)于金屬材料的可回收、可修復(fù)性來說，碳纖維的潰縮柱是一次性產(chǎn)品，高昂的價(jià)格讓它目前只能應(yīng)用在超級(jí)跑車領(lǐng)域 。人人買得起的碳纖維目前碳纖維材料在民用量產(chǎn)汽車，尤其是中檔產(chǎn)品應(yīng)用也十分廣泛，很多廠商也已經(jīng)開始提供碳纖維材料的小組件，如后視鏡殼、內(nèi)飾門板、門把手、排擋桿、賽車座椅、空氣套件等，同時(shí)可以原裝位安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)艙的風(fēng)箱、進(jìn)氣歧管等碳纖維改裝件也是品種繁多 。碳纖維傳動(dòng)軸碳纖維汽車座椅因此，碳纖維材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多也越來越廣泛，相信在不久的未來，汽車排放越來越“低碳”，而汽車本身則會(huì)越來越“高碳” 。
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