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碳纤维技术将驱动汽车革命

2017-12-19 13:44:02来源:中国皮卡网责任编辑:杨再舜

  撰文 杨再舜


  据外媒报道:“通用汽车期望在其新一代皮卡的构造上做出革命性的改变、提升定位,以便更好地与福特旗下处于市场领先地位的皮卡竞争,并加快进程以遵循更严格的燃油排放标准。通用将为皮卡车厢采用碳纤维材料,这将是皮卡行业首次大规模采用这种轻型、高强度材料。这种材料生产程序耗时长,需要的劳动力多,比钢铁及铝材料成本高,其使用在汽车上具有局限性,通常仅在豪华车型及运动车型上使用。”另据国外消息人士证实,碳纤维的确有望成为应用于皮卡车厢中混合材料的一部分,其中还包括铝。


  通用于2011年宣布与帝人集团联合研发碳纤维增强热塑性塑料,通用皮卡车厢将首次使用该材质。 美国著名汽车咨询公司AutoPacific的分析师表示,“这是为维持皮卡相关性所进行的一个长远赌注,没有什么材料比碳纤维还轻或者更强并且适合应用在皮卡上了。”通用希望借此维持或提升其皮卡产品定位以抗衡道奇及福特。2014年,福特F系列皮卡已采用轻型铝合金车身。


  日前,通用发言人重申了公司新款产品或者重新设计的产品的战略是:在正确的地方使用正确的材料,以减轻重量且不会对车辆的安全性、汽车驾驶动力或者实用性造成任何损害。


  据《华尔街日报》报道:“通用有望在接下来的两年内推出碳纤维车厢车型。高端皮卡车型有望采用碳纤维车厢,但更高效的生产程序可能会使得通用将其应用于低版本的车型中,但不清楚使用碳纤维材料会将其价格提高多少。”


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  前不久,北汽对外宣布:“三年内让碳纤维降价到铝合金水平”。北汽与康得集团等联手投入120亿元生产碳纤维部件,这对于中国的新能源汽车产业抑或是轻量化汽车研发与生产无疑是个天大的福音,中国碳纤维走向汽车轻量化的时代已经开启。当电池能量密度和充电效率面临顽固的技术瓶颈,提高续航的主要可行途径就是汽车车身的轻量化。据悉,康得集团已经在多地建立碳纤维原丝、碳纤维车体和部件生产基地,推动碳纤维在汽车行业的规模化应用,以寻求碳纤维成本快速下降的切入点。


  目前,从整体汽车行业发展来看,车用钢技术、车用铝技术、车用塑料及复合材料碳纤维等新材料及新技术已到了关键时间。在全球节能减排政策驱动下,不管是燃油车还是新能源车,都面临直接的减重需求,轻量化是当前全球各大传统汽车厂商关注的一大焦点。


  随着科技的进步,一些新技术、新材料逐渐应用到了汽车领域,并对汽车工业的发展产生了深远影响,其中被誉为“黑色黄金”的碳纤维复合材料正成为实现汽车轻量化的有效途径,认为是现阶段的减重利器,在汽车上的应用最为典型。


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  轻量化、智能化、低碳化是汽车产业未来三个重要驱动要素,其中轻量化将决定一个车辆或者品牌的生存。碳纤维被誉为“材料之王”,同时也有“黑色黄金”之称。不久的将来,碳纤维覆盖汽车制造全产业链深度契合未来汽车“轻量化”、“电动化”、“智能化”等发展趋势。


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  碳纤维是一种含碳量在95%以上的高模量纤维,力学性能优异,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。它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上,是钢的十倍左右,抗拉弹性模量为23000~43000MPa,也高于钢。凭借比钢铝更强的优异性能,目前碳纤维在民用航空、军用飞机、机器人、风力发电机叶扇、医疗卫生、高速列车和电动车领域正在取代其他材料,成为轻量化重要方向,在诸多领域得到越来越广泛的应用,尤其是未来将会成为颠覆汽车行业的“革命先行者”。


  据科学试验与运用证明,碳纤维的抗拉强度是钢的10倍,但碳纤维和钢的比强度是1:16,钢铁材料需要冲压、裁切等一系列工艺,每一个产线的投入都是上百亿,若钢铁车身重量是500公斤左右,一辆复合碳纤维车身的重量只有75公斤以下,除轻量化效能显著外,其加速性能、电池续航都能提高,NVH性能也将得到提升。


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  车身轻量化可以使整车的重心下移,提升汽车操纵稳定性,车辆的运行将更加安全、稳定。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,其质量将减少40-50%,而汽车结构每减重10%,燃油消耗可节省10%上下。若车体减重20%-30%,每车每年二氧化碳排放可减少30%以上。此外,车用碳纤维复合材料不存在腐蚀生锈的问题,比普通金属耐用,可用作汽车车身、底盘、传动轴、板簧、构架和刹车片等部件。碳纤维应用于汽车后,最直接影响的就是节能、加速、制动性能的提升,特别是新能源汽车的续航里程将相应提高20-30%。


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  碳纤维复合材料具有极佳的能量吸收率,碰撞吸能能力是钢的六到七倍、铝的三到四倍,这进一步保证了汽车的安全性。碳纤维复合材料具有更高的震动阻尼,轻合金需要9秒才能停止震动,碳纤维复合材料2秒就能停止,故碳纤维应用在汽车上,对于整车NVH的提升贡献同样很大,会大幅增强汽车行驶的舒适性。 碳纤维复合材料具有更高的疲劳强度,钢和铝的疲劳强度是抗拉强度的30-50%,而碳纤维复合材料可达70-80%,因此,汽车上应用碳纤维复合材料对于材料疲劳可靠性有较大提升,大幅度降低制造成本。


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