"高碳"的未來(lái) 汽車(chē)碳纖維應(yīng)用技術(shù)解析
2010-11-19 06:21:29　來(lái)源: 網(wǎng)易汽車(chē)　跟貼 7 條 手機(jī)看新聞
碳纖維在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用率先從賽車(chē)開(kāi)始，近年來(lái)在民用汽車(chē)中得到了廣泛的引用。涂著清漆，故意露出深沉的黑色編織花紋的碳纖維組件已不單單只是為了看上去拉風(fēng)，“高碳”之風(fēng)越刮越烈。
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網(wǎng)易汽車(chē)11月19日?qǐng)?bào)道 碳纖維，又稱(chēng)碳化纖維，泛指一些以碳纖維編織或多層復(fù)合而成的材料。因?yàn)樗州p又堅(jiān)硬，所以它的用途很廣泛。碳纖維在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用率先從賽車(chē)開(kāi)始，近年來(lái)在民用汽車(chē)中得到了廣泛的引用。涂著清漆，故意露出深沉的黑色編織花紋的碳纖維組件已不單單只是為了看上去拉風(fēng)，“高碳”之風(fēng)越刮越烈。

 
什么是碳纖維？
一般碳纖維的密度為1750 kg/立方米，如此低的密度讓其更是廣泛被使用于大型飛機(jī)，例如空中客車(chē)的A350與A380，波音787均利用碳纖維復(fù)合材料來(lái)減輕耗油量。另外大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片，賽車(chē)、高端自行車(chē)的車(chē)身均為碳纖維復(fù)合材料需求量增加的重要因素。

直徑6微米的碳纖維與后面人類(lèi)頭發(fā)的比較
每一根碳纖維由數(shù)千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5至8微米。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，是由一層層以六角型排列的碳原子所構(gòu)成。兩者差別在于層與層之間的連結(jié)。石墨是晶體結(jié)構(gòu)，它的層間連結(jié)松散，而碳纖維不是晶體結(jié)構(gòu)，層間連結(jié)是不規(guī)則的。這樣便防止滑移增強(qiáng)物質(zhì)強(qiáng)度。
 
碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa也高于鋼。但碳纖維材料也只是沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，其耐沖擊性卻較差，容易損傷，所以在制造成為結(jié)構(gòu)組件時(shí)，往往利用其耐拉質(zhì)輕的優(yōu)勢(shì)而避免去做承受側(cè)面沖擊的部分。
可軟可硬的碳纖維
既然是纖維織物材料，所以碳纖維可以被紡織成碳纖維布來(lái)從線(xiàn)變成面，同時(shí)保持著超輕、柔軟、耐拉的特性，可是它如何變成堅(jiān)硬的車(chē)體組件的呢？

柔軟的碳纖維布
從紙般柔軟到鋼鐵般強(qiáng)硬的質(zhì)變過(guò)程，通過(guò)在模具中按纖維方向交錯(cuò)疊放碳纖維布，利用環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑將多層切割好的碳纖維布逐層站在一起，這一過(guò)程需要用5到10層甚至更多蹭薄如蟬翼的碳纖維布，粘合成加厚版碳纖維布。這時(shí)它的柔韌性已經(jīng)非常的差，幾乎跟剛性材料差不多。其原理就如同將一頁(yè)紙完全粘貼成一疊厚厚的紙堆，紙堆就會(huì)變得堅(jiān)固。

粘接好的半成品
之后再采利用高溫高壓烤箱來(lái)使粘合后的體積進(jìn)一步壓縮、強(qiáng)化，最終出爐的將是組件的成品毛坯，進(jìn)過(guò)去毛邊、打磨、拋光等工序，亮閃閃的車(chē)身組件就加工好了。這一過(guò)程看似簡(jiǎn)單，但是其中碳纖維布的成本以及工序成本，仍然使這一工藝無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是異常昂貴。

全碳自行車(chē)架

全碳車(chē)身的帕加尼Zonda R超級(jí)跑車(chē)

帕加尼Zonda Cinques的碳纖維花紋完全不用車(chē)漆來(lái)修飾
摸上去手感與塑料差不多，卻有著鋼鐵一般強(qiáng)度和韌性的碳纖維組件，不僅能夠幫助整車(chē)有效減重，更由于其昂貴的特性而變成奢華的象征。以法拉利、蘭博基尼、帕加尼等為代表的意大利超級(jí)跑車(chē)想必大家非常熟悉，為了追求輕量化，由于制造過(guò)程幾乎不計(jì)成本，所以在車(chē)上大規(guī)模應(yīng)用碳纖維組件甚至整車(chē)使用碳纖維材料完全不是難題。

碳纖維汽車(chē)組件輕量化程度之高
愛(ài)恨交加的碳纖維
說(shuō)到愛(ài)恨交加，這是因?yàn)樵贔1方程式賽車(chē)領(lǐng)域，全車(chē)碳纖維已不是新鮮的技術(shù)。分秒必爭(zhēng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)以及日益嚴(yán)苛的比賽規(guī)則強(qiáng)迫各大車(chē)隊(duì)去重視碳纖維技術(shù)的應(yīng)用，可能出了動(dòng)力系統(tǒng)之外余下的組件能用碳纖維實(shí)現(xiàn)的都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
 
賽車(chē)史上最令人扼腕惋惜的塞納也正是由于在事故時(shí)，堅(jiān)硬的碳纖維組件（一說(shuō)是車(chē)軸）刺破了塞納的頭盔導(dǎo)致他當(dāng)場(chǎng)離世。
 

2007年庫(kù)比卡的驚魂一撞
時(shí)過(guò)境遷，經(jīng)過(guò)精密計(jì)算和加工的單體殼車(chē)體，能夠滿(mǎn)足F1方程式賽車(chē)在極端碰撞下不變形的技術(shù)要求，喜歡看F1的車(chē)迷朋友肯定會(huì)記得2007年加拿大站庫(kù)比卡的賽車(chē)以超過(guò)300km/h的速度撞到防護(hù)墻，賽車(chē)被彈到空中掉落翻滾在賽道的另一頭從，賽車(chē)基本粉碎，可是座艙保持完好，車(chē)內(nèi)的庫(kù)比卡事后檢查只是扭傷了腳踝，竟然沒(méi)耽誤下一次的比賽。

奔馳SLR McLaren的碳纖維車(chē)體

最前端的部分就是碳纖維潰縮柱
在民用汽車(chē)領(lǐng)域，奔馳嘗試應(yīng)用碳纖維材料作為潰縮區(qū)域，首先在SLR McLaren上得到了應(yīng)用。呈尖塔狀的碳纖維潰縮柱由無(wú)數(shù)根粗壯的碳纖維經(jīng)過(guò)編織而成，雖然結(jié)構(gòu)依舊無(wú)比堅(jiān)硬，但是在設(shè)計(jì)上讓它能夠在正面碰撞時(shí)破碎成無(wú)數(shù)細(xì)小的碎片，來(lái)吸收大量的能量，并且碎片不會(huì)對(duì)人造成傷害，這一點(diǎn)非常類(lèi)似于汽車(chē)鋼化玻璃的破碎原理。

寶馬已經(jīng)開(kāi)始嘗試全碳車(chē)體在小型車(chē)上的應(yīng)用
 
只是相對(duì)于金屬材料的可回收、可修復(fù)性來(lái)說(shuō)，碳纖維的潰縮柱是一次性產(chǎn)品，高昂的價(jià)格讓它目前只能應(yīng)用在超級(jí)跑車(chē)領(lǐng)域。
人人買(mǎi)得起的碳纖維
目前碳纖維材料在民用量產(chǎn)汽車(chē)，尤其是中檔產(chǎn)品應(yīng)用也十分廣泛，很多廠商也已經(jīng)開(kāi)始提供碳纖維材料的小組件，如后視鏡殼、內(nèi)飾門(mén)板、門(mén)把手、排擋桿、賽車(chē)座椅、空氣套件等，同時(shí)可以原裝位安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)艙的風(fēng)箱、進(jìn)氣歧管等碳纖維改裝件也是品種繁多。

碳纖維進(jìn)氣歧管
 

碳纖維傳動(dòng)軸

碳纖維汽車(chē)座椅
因此，碳纖維材料在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多也越來(lái)越廣泛，相信在不久的未來(lái)，汽車(chē)排放越來(lái)越“低碳”，而汽車(chē)本身則會(huì)越來(lái)越“高碳”。
無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱還是底盤(pán)、懸架，《技術(shù)大獎(jiǎng)堂》用深入淺出的語(yǔ)言全方位的向你闡述汽車(chē)各方面的先進(jìn)技術(shù)?？催^(guò)《技術(shù)大講堂》后你會(huì)對(duì)汽車(chē)有著更加全面的了解，4S店的銷(xiāo)售人員很難再用那些聽(tīng)上去神乎其神的技術(shù)名詞對(duì)忽悠你，你將成為一個(gè)真正的汽車(chē)技術(shù)達(dá)人。
(本文來(lái)源：網(wǎng)易汽車(chē) 作者：王云龍)