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昂贵的碳纤维到底好在哪?

2020-01-09 18:13:00

作为从事汽车行业的我们每天讨论最多的除了动力总成部分外便是车身轻量化。


是的,俗话说增加一马力不如减重一公斤,轻量化对于现代汽车的重要性早已不言而喻,车身更轻意味着油耗更低,操控更好,惯性小所以刹车距离更短,加速更凌厉等等。所以现在各大汽车厂家开始绞尽脑汁研发如何让自己的车更轻,这时各种高科技材料就应运而生,碳纤维就是目前炙手可热的一种材料。


说起碳纤维材料,我们早已不再陌生,从早年间的超级跑车独占到现在广泛运用在性能车、运动型车身上,我们对于这种新型材料的应用已慢慢习以为常。不过在我们的印象中,碳纤维依旧是个昂贵的材料,那么到底碳纤维是什么呢?它有哪些好处和弊端呢?


首先我们先说说碳纤维有什么优势呢?
碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的纤维,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很好的材料,虽然密度不到钢的1/4,但是碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,而一般的车用钢材只有几百Mpa的抗拉强度,也就是说同样截面积的材料,碳纤维可以承受的力超过钢材好几倍。


当然碳纤维材料不光有高强度的好处,轻量化则是他的另一优势。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%,这是汽车轻量化的巨大的进步,要知道在汽车上即便只减一公斤很多时候都需要费很大的努力,此外,碳纤维的复合材料还具有耐高温,耐候性强,可设计性强的特点。


随着时间到了现如今,很多车型都做到了全碳车身,综上所述,轻量化、高强度都是全碳车身的优势,那么除了碳纤维车身,碳纤维材料还能应用在哪呢?


可以说碳陶刹车就是其中之一。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,而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。


但事情都是有两面性的,那么碳纤维材料的劣势在哪呢?碳纤维材料的一大缺点就是其可塑性差,我们知道目前的车身很多时候在发生了碰撞之后是可以修复的,这主要是因为钢铁等金属材料有延展性,可以发生大的变形而不破坏。而碳纤维复合材料的车身可就不这样了,如果车壳使用了碳纤维复合材料,那么发生碰撞后就无法修复,只能对整体进行更换,因此可回收性和成本会不如钢铁等材料。


另外碳纤维复合材料的基体树脂的耐久性也不如金属材料,时间久了就会出现发脆,变色等现象。另外,碳纤维高昂的制造成本也是无法忽略的问题。当然了,随着碳纤维材料成本的进一步下降和工艺的改进,碳纤维材料无疑会有更多的应用。


总的来说,碳纤维材质在性能层面表现是远好过钢材的,同等条件下碳纤维车身能给车辆带来安全性、操控性、燃油经济性、耐久性等全方位的提升,问题就是成本和后期维护费用依然很高,所以民用车很难普及全碳车身,BMW i3算是很平民化的一次进步,未来碳纤维车身能否进一步放下身价,让我们拭目以待。

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