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碳纤维在汽车上的应用解析

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-06-24【

碳纤维(Carbon Fiber)是纤维状的碳素材料,含碳量在90%以上,它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。具有十分优异的力学性能。特别是在2000℃以上高温惰性环境中,是唯一强度不下降的物质。碳纤维和碳纤维增强复合材料(CFRP)做为21世纪的新材料,其高强度、高弹性模量和低比重性能,在汽车上迅速得到广泛的应用,无论是在车辆外观钣件、引擎舱内集气箱、车室内门板或是饰板等,皆可以看到碳纤维的出现。专家指出,在未来5年内碳纤维将引起汽车工业革命性的变革。



1 汽车车身、底盘
由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度,其适于制造汽车车身、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、底盘减轻重量40%~60%,相当于钢结构重量的1/3~1/6。 123,123
英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究,结果表明碳纤维增强聚合物材料车身重量仅为172kg,而钢制车身重量为368kg,减重约50%。并且当生产量在2万辆以下时,采用RTM工艺生产复合材料车身成本要低于钢制车身。
东丽确立了使用碳纤维强化塑料(CFRP)、在10min内成形汽车底盘(前地板)的技术。
但由于碳纤维成本过高,碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限,仅在一些F1赛车、高级轿车、小批量车型上有所应用,如BMW公司的Z-9、Z-22的车身,M3系列车顶蓬和车身,GM公司的Ultralite车身,福特公司的GT40车身、保时捷911 GT3承载式车身等。

2 刹车片
碳纤维还因为其环保、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格外贵,所以目前这种刹车片还主要应用在高档轿车上。碳纤维制动盘被广泛用于竞赛用汽车上,例如F1赛车上。它能够在50m的距离内将汽车的速度从300km/h降低到50km/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2500 ℃的高温,而且具有非常优秀的制动稳定性。虽然碳纤维制动盘具有性能卓越的减速性能,但是目前在量产的汽车上使用碳纤维制动盘却并不实际,因为碳纤维制动盘的性能在温度达到800℃以上时才能够达到最好。也就是说,必须在行驶了数公里之后,汽车的制动装置才能进入最佳工作状态,这对于大多数只是短途行驶的车辆并不适用。另外,碳纤维制动盘的磨损速度很快,制造成本也非常高。

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3 座椅加热垫
碳纤维汽车座椅加热垫是碳纤维加热应用于汽车工业的一个突破,碳纤维加热元技术在汽车配套市场变得越来越受欢迎,它将会完全替代传统的座椅加热系统。目前几乎全球所有汽车制造厂商的高档、豪华轿车都配备了这种座椅加热装置,比如奔驰、宝马、奥迪、大众、本田、日产等等。碳纤维热载荷碳纤维是一种比较高效能的导热材料,热效率高达96%,并在加热垫中均匀密布,保证热量在座椅加热区域均匀释放,碳纤维线及温度分布均匀,又确保了加热垫长期 使用保持座椅表面皮革平整完好。不产生纹路痕迹、不产生局部变色。温度超出设定区间则自动断电,不能满足温度要求时自动通电调节温度。碳纤维适宜人体吸收的红外线波长,具有促进健康的 保健作用,可以充分减少驾乘疲劳,增加舒适度。

4 轮毂 123456
德国的知名轮毂制造专家WHEELSANDMORE推出的“Megalight-Forged-Series”轮毂系列,采取两片式设计,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可轻上40成左右;以20寸的轮毂为例,Megalight-Forged-Series轮圈仅有6kg,较一般大约18kg的重量相较,轻了一大截。20寸的Megalight-Forged-Series一组轮毂要价2万欧元,约21.86万人民币;目前共有18~23寸尺码可供选择。
英国Kahm公司使用CFRP制得的RX-X型高级轿车专用车轮,重量仅为6kg,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两部分组成,并用镀钛的特殊硬件连接起来。

5 燃料贮罐
采用CFRP可以在满足该要求的条件下实现压力容器的轻量化。随着环保汽车(Eco-car)的开发,以氢为燃料的燃料电池汽车使用CFRP材料制作燃料贮罐已为市场所接受。依据日本能源厅燃料电池研讨会信息,2020年日本将有500万台汽车使用燃料电池。美国福特汽车Hummer H2H越野车也开始使用氢燃料电池,预计2010年氢燃料电池汽车将会达到一定的市场规模。 123,123

 
 

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