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为什么今天各大汽车厂商都在强调自家产品是碳纤维材料做的?碳纤维材料是什么?

自从汽车问世以来,人们对于汽车速度的探索之路就没有停过,目前提到速度最快的汽车很多人都会想到跑车,但更厉害的还是我们的F1。为什么F1赛车的速度能有那么快,尤其是F1的过弯,堪称跑车杀手。其实主要是F1跟普通的跑车不同,F1赛车的材料以及发动机都是非常好的,虽然有部分跑车的发动机动力比F1还要好,但是却发挥不出其最大的威力。F1赛车的车身重量相对于跑车来说是非常轻的,在加上F1超低的底盘,良好的空气阻力表现,优秀的贴地能力,所以F1赛车能甩跑车一大截。近年来,随着科技的发展,人们发明了一种新型材料--碳纤维增强复合材料。这种材料刚问世时,主要用于军事领域,因为其制作工艺难度大,材料稀缺,所以价格昂贵。而在这几年以来,随着成型工艺的提高;以及成本的下降,这种被越来越多的应用到我们的日常生活中。

在全球节能和环保趋势的推动下,汽车的油耗问题越来越引起重视,轻量化设计成为汽车节能减排的有效途径,而碳纤维复合材料的材料性能及发展趋势正顺应了汽车工业的发展需求。碳纤维复合材料比钢铁轻50%,比铝材轻30%,减重效果明显,因此不少汽车厂家在汽车制造和改装过程中为追求极致轻量化开始尝试大量应用碳纤维复合材料。随着新能源汽车的发展,碳纤维复合材料在汽车上将得到越来越广泛的应用。


碳纤维材料有很多的优点,但是在汽车领域主要得以广泛的应用是因为碳纤维材料的5点优势,而且这5点优势也是目前我们汽车最需要用到的。具体的5点优势是什么呢?让我们来看一下吧!

一、耐冲击性

碳纤维复合材料表现的耐冲击性也良好,以聚合物为基体的碳纤维复合材料具有一定的粘弹性力学性能,可以吸收一定的冲击能量。此外,基体材料和纤维界面上存在微裂纹和局部脱粘现象,碳纤维和基体之间有微小的局部相对运动,同时存在着摩擦力。由于粘弹性和界面摩擦力的作用,使得振动衰减系数大,因此在车辆受冲击时能够吸收大量的冲击能量,有利于提高人身安全。

二、零部件一体化

汽车从节能角度考虑应当设计成空气阻力最小的外形,同时兼顾其美观性。钢制薄板在冲压成型时由于工艺原因导致外形及结构往往受到限制,而使用复合材料在成型时利用它的流动性,比较易于制成各种形状的曲面,达到一体化成型效果,更容易满足空气动力学设计的要求以及美观方面的需要。模块化、整体化也是汽车结构的一种发展趋势,碳纤维复合材料通过合理的模具设计,可以把不同厚度的零件、凸起部、筋、棱等全部一体成型。因此,复合材料适合于制造钢制薄板难于制造、生产效率低、难于保证精度的汽车零件。如莲花跑车以整车使用碳纤维材质为目标,将车身零部件轻量化、一体化,不仅减轻了车身重量,并且使得部件的刚度、强度大大增加,提高了整车性能。

三、质量轻强度高

汽车上常用的碳纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5~2.0g/cm3,只有普通碳钢1/4~1/5,比铝合金还要轻1/3 左右,而且碳纤维复合材料的机械性能优于金属材料,其抗拉强度高于钢材3~4倍,刚度高于钢材2~3倍,耐疲劳性高于钢材2倍,重量比钢材轻3~4倍,热膨胀系数小4~5倍。

若按比强度计算,碳纤维复合材料大大超过碳钢,而且可超过某些特殊的合金钢,因此具有更高的比强度。使用碳纤维材料,在减轻车身质量的同时,也可使功率需求更小,进而采用更小的驱动引擎和悬挂装置,通过减少动能而减少冲击危险,这种螺旋式的结果将使车身质量进一步减轻。因此用碳纤维材料件替换原来的钢制件,其轻量化效果明显。

四、可设计性好

碳纤维复合材料的可设计性非常强,可以根据不同的用途要求,灵活地进行产品设计。根据产品结构受力情况,通过调整纤维的结构及排列制成各向异性和不同厚度的制品,并且可以应用夹层结构,提高部件整体刚性,以达到最佳轻量化设计方案.将碳纤维按照受力方向进行排布,可充分发挥复合材料强度的各项异性从而达到节约材料和减轻重量的目的。而金属材料由于其各向同性,会出现在满足最大受力方向的技术要求之后,另一方向的强度就会过剩的问题。对于有耐腐蚀性能要求的产品,设计时可选用耐腐蚀性能好的基体树脂和增强材料,而对于其他一些性能要求,如介电性能、耐热性能等,都可通过选择合适的原材料来满足。此外,为使产品成本达到可接受的程度,可适当选用低成本材料替换,如不同纤维混合铺层,在满足部件性能指标的同时节省材料成本。

五、耐腐蚀性能好

汽车上的许多零部件,都要承受机油、汽油、汽车传动液等化学制剂的腐蚀,以及高温、严寒、盐雾等恶劣环境,传统金属材料难以保证不同环境下的质量一致性及使用寿命。但碳纤维复合材料制品一般不存在生锈和腐蚀问题。聚合物基复合材料具有优异的耐酸性能、耐海水性能,也能耐碱、盐和有机溶剂。因此,它是一种优良的耐腐蚀材料,用其制造的汽车零部件具有较长的使用寿命和极低的维修费用。


碳纤维材料因为其优秀的性能,在机械领域得到了广泛的应用,而且一个国家的材料怎么样决定了这个国家的工业制造水平怎么样。碳纤维材料的问世离不开我们奋斗在背后的科学家工程师们,我国的新材料领域能够快速发展也离不开我们国家的科学家工程师们,我们由衷的感谢他们为国家为世界做的贡献。当然我们也希望能够研制出更加轻便、更加好的新能源材料,解决我们目前遇到的种种问题。

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