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汽车轻量化的“王者之材”——碳纤维及其复合材料

2020-08-26 09:27      点击:
轿车碳纤维跟着全球能源危机迸发和环保认识的增强,各国纷繁推广下降轿车油耗的方针,并突破口放在了轿车轻量化方面。碳纤维及其复合资料是现在很多轿车轻量化解决方案中最前沿、最具潜力的资料。尤其是近两年,新能源轿车的快速开展给碳纤维及其复合资料的开展供给了巨大机会。

碳纤维(Carbon Fiber, 简称CF),为含碳量在95%以上的高强度碳资料,它是由石墨微晶等有机物纤维沿纤维轴向堆砌而成,经碳化及石墨化工艺处理而得到的微晶石墨集合体。碳纤维按质料来历可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相成长碳纤维,其间用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维,占商场的90%左右。

当碳纤维结合树脂、固化剂、陶瓷、金属等,通过一系列固化处理,制成的结构资料简称“碳纤维复合资料”,其金属特性可优于金属资料。

 

碳纤维复合资料的优势

轻量化:碳纤维复合资料具有其他资料不行比较的比强度和比模量,密度只要1.6g/cm3左右,远低于钢铁和铝,将其使用于车身及其它零部件的规划可下降整车质量的35%左右。

 

强度高:碳纤维复合资料的抗拉强度一般都在3500Mpa以上,比绝大多数金属的比强度高7倍以上。由碳纤维资料制造的驾驭舱在磕碰中变形极小,可有用保护驾乘者的生存空间。此外,经特别织造的磕碰吸能结构在高速磕碰中碎裂为较小的碎片,有用进步车辆被迫安全。

轿车资料网

 

 

耐久性:碳纤维复合资料首要由碳纤维丝束和树脂资料组成,化学性质安稳,无需进行外表防腐处理,其耐候性及耐老化性极好,寿数一般为钢材的2-3倍。选用CFRP资料出产的功能性零部件的疲劳强度也远高于钢材。

 

耐高温:碳纤维在400℃以下功能十分安稳,甚至在1000℃时仍无太大改变。复合资料耐高温功能首要取决于基体的耐热性,树脂基复合资料其长时间耐热性达300℃左右,陶瓷基、碳基和金属基的复合资料耐高温功能可与碳纤维自身匹配。

 

热膨胀系数小:碳纤维自身的热膨胀系数,室内为负数(-0.5~-1.6)×10-6/K,在200~400℃时为零,在小于1000℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合资料膨胀系数天然比较安稳,有利于保证驾驭安全性。

碳纤维复合资料在轿车中的使用

根据碳纤维复合资料如此杰出的优势,其在轿车车体和零部件中都得到了广泛使用,如:轿车车身、表里饰、底盘体系、动力体系等等。

 

碳纤维复合资料(CFPR)在轿车零部件中的使用状况

 

据了解,碳纤维复合资料的使用可使轿车车身减轻质量40%-60%,相当于钢结构质量的1/3 -1/6。英国资料体系实验室曾对碳纤维复合资料减重作用进行研究。结果表明,碳纤维增强聚合物资料车身重172 kg,而钢制车身质量为368 kg,减重超越50%。

 

碳纤维在轿车部件中的使用事例和减重作用

车用碳纤维工业开展现状

现在,国外在碳纤维复合资料方面的开展已初具规划,构成了碳纤维供货商+复合资料供货商+零部件供货商+主机厂的联盟式工业化布局。宝马、丰田、福特、斯巴鲁等车企现已将碳纤维复合资料使用于旗下高功能轿车。但是我国在车用碳纤维方面起步较晚,还未构成工业规划,轿车使用研究环节也亟需加强。