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科技前沿

碳为观止 碳纤车身真的可以让车身轻如燕?
来源:搜狐网  2017-02-10 14:08:22
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=288&news_id=4382
  大家都对汽车的外壳有了解吗?有些人认为汽车的车身外壳大家所说的铁皮是铁质的,其实铁皮并不局限于铁质合金,很多汽车品牌车身外壳采用铝合金、高韧性材料或者碳纤维材料。对于铝合金和塑料可能比较了解,碳纤维虽然不是什么新型材料但知道他的人并不多,只是有些车主在改装时,在汽车外壳或装饰品上贴上一层薄薄的仿碳纤维贴膜而已。说起碳纤维让人立即联想到高大上的汽车,扒开大脑想一想凡是应用碳纤材料的汽车不是高端汽车就是赛道赛车,再有就是私人订制和发烧友改装的汽车了。碳纤维材料为什么如此受欢迎呢,它有什么优点呢?
 
 
  先来普及一下知识,碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为 23000~43000Mpa也高于钢。但碳纤维材料也只是沿纤维轴方向表现出很高的强度,其耐冲击性却较差,容易损伤,所以在制造成为结构组件时往往利用其耐拉质轻的优势而避免去做承受侧面冲击的部分。
 
 
  随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究,使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。车用碳纤维复合材料可用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件。目前钢铁材料约占车体重量的3/4,如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换,车体重量可减轻300kg,燃油效率提高36%,二氧化碳排放量可削减17%。
 
 
1.汽车车身和底盘的应用
 
  由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度,是制造汽车车身和底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身和底盘减轻质量40% ~ 60%, 相当于钢结构质量的1/3 ~ 1/6。常见的赛车车身、部分改装车身都是为此,另外在视觉效果上绝佳非常炫酷。
 




 
 
 
 
 
2 .刹车片的应用
 
  碳纤维还因为其环保和耐磨的特点而应用在刹车片上,但含有碳纤维复合材料的产品都价格偏高,所以这种刹车片还主要应用在高档汽车上。碳纤维制动盘被广泛用于竞赛用汽车上,如F1 赛车。它能够在50 m的距离内将汽车的速度从300 km/h 降低到50 km/h,此时制动盘的温度会升高到900 ℃以上,制动盘会因为吸收大量的热能而变红。碳纤维制动盘能够承受2 500 ℃的高温,而且具有非常优秀的制动稳定性。
 


 
 
 
3.轮毂的应用
 
  德国的轮毂制造专家推出的轮毂系列,采取2 片式设计,外环为碳纤维材质打造,内毂为轻量化的合金,搭配不锈钢制的螺丝,较一般同尺码的轮毂质量低40%左右。以20 寸的轮毂为例,该 轮毂质量为6 kg,而一般轮毂约重18 kg。英国Kahm 公司使用CFRP 制得的RX-X 型高级汽车专用车轮,质量仅为6 kg,可高速行驶,并可最大限度地降低车轮的径向惯性力。由英国DYMAG 公司开发的世界最轻碳纤维/镁车轮由碳纤维轮网和镁刹车盘2 部组成,并用镀钛的特殊硬件连接起来。
 
 
 
 
 


 
 
4.传动轴应用
 
  汽车传动轴的受力情况比较复杂,尤其要承受很大的扭矩,充分考虑了碳纤维增强复合材料各向异性、比强度高和比模量相对较低的特点,从而使用碳纤维增强复合材料传动轴能够替代金属产品,满足使用要求。碳纤维传动轴它不仅减轻了60%的重量,而且具有更好的耐疲劳性和耐久性。
 
 
 
  总结:汽车上碳纤维的应用只要是为了实现汽车的轻量化的同时还能满足足够的汽车刚性需求,不但能达到节能减排的全球性需求,也能满足大众满足大众所关系的省油问题。碳纤材料可以作为未来汽车的主流材料,但是优秀产品总有它的弊端那就是成本太高,小小部件价格都维持在上万元,所以只要能降低成本碳纤材料就能成为主流材料。
文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=288&news_id=4382