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碳纤维在轿车轻量化使用中有巨大潜力

在性能圈有这样一句话:“多10匹马力不如少10公斤”,强劲动力并不代表一切,车身轻量化也是性能车的极致追求。而碳纤维复合材料(CFRP)以其极高的强度

在功能圈有这样一句话:“多10匹马力不如少10公斤”,微弱动力并不代表全部,车身轻量化也是功能车的极致寻求。而碳纤维复合资料(CFRP)以其极高的强度、安稳的化学功能而备受推重,高功能车型没点碳纤维装点都感觉拿不出手。

碳纤维是好,但本钱太高,阻止了其大规模运用,现在仅在赛车、高端跑车和高端车型部分运用。在日益严峻的燃油功率和二氧化碳排放法规下,车身轻量化已成为下降油耗、下降排放的重要手法。据研讨显现,车重下降10%,燃油功率可进步6-8%,即车重每下降100公斤,百公里下降0.3-0.6L。

碳纤维在轿车轻量化运用中的巨大潜力,使其成为车企应对耗油排放应战的机具远景的资料选项。那么,跟着需求的不断改变和环保法规的日益严峻,碳纤维复合资料的运用会引起下一次轿车资料商场的改造浪潮?

碳纤维时机窗口

现在轿车轻量化主要有两种途径,一是优化结构设计,对车身的结构及骨架进行优化以到达减重意图,二是经过轻质高强资料替换传统资料。自1953年世界上第一台选用纤维增强复合资料轿车——GM Corvette诞生后,复合资料也正式在轿车职业范畴登上历史舞台。

1979年,福特首要宣布了用CFRP制作的轻量型实验车,该车主要将碳纤维复合资料运用于车体面板、传动轴和板绷簧等功能性零件,一起还测验在发动机机体、连杆和活塞等零部运用。实验车共运用300Kg左右碳纤维复合资料,燃油排放有用下降35%。一起,其弹性模量是玻璃钢的4-9倍,是金属资料的3-4倍。

1992年诞生的迈凯伦F1是其时地表最快的量产车,初次运用CFRP制作车身正是称王的秘密武器。碳纤维契合资料出产技能难度大,价格高,更多运用在超级跑车、F1赛车上,但优秀的功能特色使其成为公认的契合未来开展趋势的轿车资料。

宝马对碳纤维的重视和投入十分高,早在2009年宝马便和德国西格里集团一起建立新公司,专门出产轿车工业的碳纤维和碳纤维织物。重新一代宝马7系开端,宝马的主要产品构架中将选用碳纤维资料,钢铁不再是车辆耐性的衡量目标。而伴跟着宝马i8和i3两款车的投产,标志这宝马已成为现在仅有把握车用碳纤维复合资料大批量出产和制作技能的车企。

这是有史以来第一次量产车型大规模运用CFRP打造车身,也证明碳纤维具有本钱大幅度下降的或许。以往的碳纤维构成,需求绵长的环氧树脂预浸泡进程,占用很多时刻和人力。而宝马经过优化一项高压喷注环氧树脂的技能,往模具内的碳纤维喷发高压环氧树脂,使其在压力下快速渗透到纤维丝里边。这项技能将会令碳纤维的出产本钱下降至现在的10%或更低。

宝马正式将CFRP带入轿车干流资料之中,其他轿车厂商也在往CFRP发力。丰田与东丽协作研制的碳纤维增强热塑性复合资料,制作了燃料电池反应堆结构,并运用于丰田燃料电池轿车Mirai中,这是第一次将碳纤维增强热塑性复合资料用于轿车结构件而大批量出产的轿车。

2015年东京车展上,雅马哈推出车重仅750kg的全新概念跑车Sports Ride Concept,超轻的车身得益于iStream CFRP底盘。iStream是戈登穆雷开发的一套出产系统,很多运用碳纤维资料,并极大下降出产本钱,不只包括轻型但高强度的底盘,并且经过不同契合面板组合到根本结构上,改底盘可诞生多种车身风格,成为入门跑车爱好者的福音。本年的东京车展,雅马哈将推出Sports Ride Concept的连续车型。

此外,群众、奔跑、PSA等多家车企也在开发车用碳纤维复合资料,运用于车身、轮毂、座椅、氢气瓶、前舱盖、底盘结构件、传动轴等部件。

碳纤维的瓶颈

碳纤维复合资料以其共同的功能被广泛运用于轿车工业中,也被视为往后轿车新资料的开展趋势,但在运用和推行阶段仍旧面对许多应战,而这些应战都与“每个部件的本钱”相关联。

下降碳纤维出产本钱。与钢和铝部件比较,昂扬的碳纤维价格是约束其在许多运用中发挥优势的主要原因。现在市面上碳纤维每公斤价格在120元以上,是玻璃纤维10倍以上。此外,与碳纤维配套的环氧类树脂价格也高居不下。

进步出产功率。现在大多数用于碳纤维复合资料部件的出产工艺都较慢,一般需求花费较长时刻。经过进步自动化、模仿仿真和快速的出产节奏,以此来下降制作本钱。比如宝马选用高压RTM工艺出产碳纤维复合资料车身,出产周期能到达10分钟左右。

优化收回。碳纤维在出产进程中有超越30%的糟蹋,远高于其他职业的废料比;并且跟着CFRP逐渐在干流轿车中得到运用,收回问题就显得火烧眉毛。曩昔收回技能一般运用高温收回技能或许化学品进行研磨或许分化,但难以实现安全处理,并且碳纤维在该进程或许被损坏。所以一套本钱效益高的碳纤维收回计划,能够下降本钱,增强可持续开展动力。

开发专门修理技能。轿车在运用进程中难免会遇到修正问题,关于传统金属资料而言,修理人员现已轻门熟路,但碳纤维复合资料的修正工艺与传统资料仍是存在较大差异。只要开宣布修正专用资料,和一套运用方便、简单操作的修正技能,CFRP才干被大批量的轿车渠道广泛承受。

CAFE的出台促进各大车企在轿车轻量化技能范畴加大研制投入,使碳纤维复合资料开展迎来新的开展。碳纤维复合资料能否成为未来轿车资料范畴巨子,这个还需求时刻来验证,但现在来看,碳纤维技能在不断开展,本钱逐渐下降的一起,出产功率也在不断进步,如此看来,这将是个大概率事情。

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