作為從事汽車(chē)行業(yè)的我們每天討論最多的除了動(dòng)力總成部分外便是車(chē)身輕量化。是的,俗話說(shuō)增加一馬力不如減重一公斤,輕量化對(duì)于現(xiàn)代汽車(chē)的重要性早已不言而喻,車(chē)身更輕意味著油耗更低,操控更好,慣性小所以剎車(chē)距離更短,加速更凌厲等等。所以現(xiàn)在各大汽車(chē)廠家開(kāi)始絞盡腦汁研發(fā)如何讓自己的車(chē)更輕,這時(shí)各種高科技材料就應(yīng)運(yùn)而生,碳纖維就是目前最炙手可熱的一種材料。
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說(shuō)起碳纖維材料,我們?cè)缫巡辉倌吧?,從早年間的超級(jí)跑車(chē)獨(dú)占到現(xiàn)在廣泛運(yùn)用在性能車(chē)、運(yùn)動(dòng)型車(chē)身上,我們對(duì)于這種新型材料的應(yīng)用已慢慢習(xí)以為常。不過(guò)在我們的印象中,碳纖維依舊是個(gè)昂貴的材料,那么到底碳纖維是什么呢?它有哪些好處和弊端呢?
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首先我們先說(shuō)說(shuō)碳纖維有什么優(yōu)勢(shì)呢?碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量的纖維,它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維是一種力學(xué)性能很好的材料,雖然密度不到鋼的1/4,但是碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上,而一般的車(chē)用鋼材只有幾百M(fèi)pa的抗拉強(qiáng)度,也就是說(shuō)同樣截面積的材料,碳纖維可以承受的力超過(guò)鋼材好幾倍。
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當(dāng)然碳纖維材料不光有高強(qiáng)度的好處,輕量化則是他的另一優(yōu)勢(shì)。目前鋼鐵材料約占車(chē)體重量的3/4,如果汽車(chē)的鋼材部件全部由碳纖維復(fù)合材料置換,車(chē)體重量可減輕300kg,燃油效率提高36%,二氧化碳排放量可削減17%,這是汽車(chē)輕量化的巨大的進(jìn)步,要知道在汽車(chē)上即便只減一公斤很多時(shí)候都需要費(fèi)很大的努力,此外,碳纖維的復(fù)合材料還具有耐高溫,耐候性強(qiáng),可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。
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當(dāng)然說(shuō)到全碳車(chē)身,就不得不提一輛車(chē),這輛車(chē)在汽車(chē)界絕對(duì)是名氣響當(dāng)當(dāng),它就是Zonda R,這輛車(chē)的光芒實(shí)在太過(guò)耀眼,10年前這輛車(chē)就在紐北輕松破了7分大關(guān),但真正劃時(shí)代意義的是,它是世界上第一輛宣稱采用“全碳車(chē)身”的車(chē)型。
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不過(guò)時(shí)間到了現(xiàn)如今,除了帕加尼,像BMW i3、BMW i8、柯尼塞格One:1等車(chē)型都做到了全碳車(chē)身,綜上所述,輕量化、高強(qiáng)度都是全碳車(chē)身的優(yōu)勢(shì),那么除了碳纖維車(chē)身,碳纖維材料還能應(yīng)用在哪呢?可以說(shuō)碳陶剎車(chē)就是其中之一。碳纖維制動(dòng)盤(pán)被廣泛用于競(jìng)賽用汽車(chē)上,如F1 賽車(chē)。它能夠在50 m的距離內(nèi)將汽車(chē)的速度從300 km/h 降低到50 km/h,此時(shí)制動(dòng)盤(pán)的溫度會(huì)升高到900 ℃以上,制動(dòng)盤(pán)會(huì)因?yàn)槲沾罅康臒崮芏兗t,而碳纖維制動(dòng)盤(pán)能夠承受2 500 ℃的高溫,而且具有非常優(yōu)秀的制動(dòng)穩(wěn)定性。
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但事情都是有兩面性的,那么碳纖維材料的劣勢(shì)在哪呢?碳纖維材料的一大缺點(diǎn)就是其可塑性差,我們知道目前的車(chē)身很多時(shí)候在發(fā)生了碰撞之后是可以修復(fù)的,這主要是因?yàn)殇撹F等金屬材料有延展性,可以發(fā)生大的變形而不破壞。而碳纖維復(fù)合材料的車(chē)身可就不這樣了,如果車(chē)殼使用了碳纖維復(fù)合材料,那么發(fā)生碰撞后就無(wú)法修復(fù),只能對(duì)整體進(jìn)行更換,因此可回收性和成本會(huì)不如鋼鐵等材料。
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另外碳纖維復(fù)合材料的基體樹(shù)脂的耐久性也不如金屬材料,時(shí)間久了就會(huì)出現(xiàn)發(fā)脆,變色等現(xiàn)象。另外,碳纖維高昂的制造成本也是無(wú)法忽略的問(wèn)題。當(dāng)然了,隨著碳纖維材料成本的進(jìn)一步下降和工藝的改進(jìn),碳纖維材料無(wú)疑會(huì)有更多的應(yīng)用。
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總的來(lái)說(shuō),碳纖維材質(zhì)在性能層面表現(xiàn)是遠(yuǎn)好過(guò)鋼材的,同等條件下碳纖維車(chē)身能給車(chē)輛帶來(lái)安全性、操控性、燃油經(jīng)濟(jì)性、耐久性等全方位的提升,問(wèn)題就是成本和后期維護(hù)費(fèi)用依然很高,所以民用車(chē)很難普及全碳車(chē)身,BMW i3算是很平民化的一次進(jìn)步,未來(lái)碳纖維車(chē)身能否進(jìn)一步放下身價(jià),讓我們拭目以待。