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碳纤维为何能实现汽车轻量化?

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碳纤维为何能实现汽车轻量化?


碳纤维为何能实现汽车轻量化?

碳纤维
是一种与人造丝、合成纤维丝一样的纤维状碳材料,是目前世界高科技领域中十分重要的新型工业材料,提高汽车的绿色化性能

节约不可再生能源和提高燃料效率的汽车轻量化解决方案正推动碳纤维应用快速增长。轻量化是未来汽车构件的主要发展方向。国际上越来越重视新型车用工程塑料与构件的开发,塑料零件在汽车中的用量迅速上升,发达国家已将汽车用碳纤维复合材料作为衡量汽车设计和制造水平高低的重要标志,“以塑代钢”包含新的内涵,“塑”指碳纤维复合的工程塑料作为汽车新兴材料——碳纤维的出现,大大减轻了汽车的重量,汽车轻量化不仅包括减轻车身的重量,还涉及对车身结构的整合,重新设计,达到最佳的轻量效果在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。

实验证明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6~8%;汽车整备质量每减少100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6升;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。

轻量化的车身设计,要求车身结构更加合理,车内空间也会更大。缩小尺寸的汽车还可以节省物料的使用,应用新型材料使得车身变轻以后车辆行驶更加快速,节能。
碳纤维复合材料构件同比纯塑料构件30~40%,实现汽车减重化的革命,进一步达到节油、节电,降低对不可再生的石油资源的利用。

巴西研发出利用甘蔗生产出生物碳纤维,更体现出碳纤维节约不可再生资源的绿色化特性。

碳纤维复合材料构件同比纯塑料构件强度同比钢件高4~5 倍。常规的纯塑料成型加工的汽车保险杠,碰撞性能较弱,实际仅起到包装装饰的功能,没有达到保险的功能,日本车进不了美国市场,主要是安全性能达不到美国标准,而保险杠的强度也是其中主要的原因,据权威机构检测,日产车的保险杠的钢板厚度为1mm,美产车为3mm,碳纤维复合材料成型的保险杠的厚度如为2mm,强度不低于8mm后的钢板,大幅提高了保险杠的安全系数,在高速撞击下保护乘员安全等众多方面有着与普通工程塑料、钢板件无与伦比的优势。

碳纤维复合材料构件质轻、转动惯量小,有效降低噪声级减少震动阻尼,提高乘员的舒适度

另外,碳纤维复合材料实现汽车外罩的个性化设计,进一步迎合市场的个性化需求。

其强度高、模量高、耐高温、抗蠕变、耐疲劳性好等优点,易实现自润滑的性能,在某些运动构件中,可少用或不用润滑油,有效降低环境污染、实现清洁运行。自润滑意味着提高汽车的使用寿命,减少对资源的利用。工程塑料填充碳纤维后复合材料除持有原工程塑料性能外,提高了强度和刚度,更有利于以轻量化的特性取代汽车金属合金结构件,拓展“以塑代钢” 的应用领域。碳纤维用在汽车一体式车架和车身上,这种一体式车架,早期用在飞机火箭上,后来被f1赛车成功推广,被称作单体壳,至此在跑车界蔓延开来。

碳纤维的承载式车身能承受更大的拉应力,在目前的极速范围内,这个封闭的座舱,能够在车身高速冲撞,车体彻底支解后,保证驾驶者的绝对安全。

金属车架和碳纤维车架差别明显,碳纤维车架不能使用焊接或者铆接技术,因为材料的抗疲劳性能差,只能用于粘合,我们所看到的碳纤维车身都像盒子一样,虽然一体式碳纤维车架很坚韧,但有受力向度的问题,即整体中的某些部位不太能受力。每辆车都根据自己整体的情况特别设计车架,如F50的车架将后悬架直接连接在发动机及变速器上,再将整个发动机悬架结构嵌入车体内,其车架只重102kg,而抗扭度高达3550kgm/degree。这种设计可以营造极轻量的悬架重量,但同时会有较大的发动机振荡传入车厢。

是碳纤维不适合做越野车车架,因为越野车车架通常都需要允许非常大的变形和扭动等。目前的碳纤维太过于脆,没有良好的韧性。

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,抗拉强度却达到钢的7~9倍,以其制造的汽车可以节约燃油30%。

碳纤维最初只应用于军事、航空航天等高科技领域,目前汽车界对碳纤维的利用已经趋于成熟,已经应用到了汽车的各个部分,比如车身,车顶,后备箱盖,刹车盘,内饰部分,等等。
汽车零部件
阻碍碳纤维在汽车领域商品化的关键因素是制造成本。不过,随着碳纤维行业的不断成熟与发展,以及节能减排和汽车轻量化大方向的指引,碳纤维材料或成汽车界“瘦身革命”的领导者。可以预见,碳纤维轻量车身必将掀起一股新的变革潮流,因而形成一个新的市场突破点。



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