碳纖維具備重量輕,剛性好,吸能性好,易塑性高耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)從而廣泛被運(yùn)用于復(fù)合材料,土木建筑,航空航天和體育用品等領(lǐng)域。隨著節(jié)能減排的環(huán)保呼聲越來(lái)越高,降低油耗成為了很多車(chē)企需要做的頭等大事,降低車(chē)身重量從而減輕發(fā)動(dòng)機(jī)載荷無(wú)疑是節(jié)能減排最好的方法。況且汽車(chē)事故頻發(fā),車(chē)身剛性好,易塑性高可以很大的降低人員的傷亡損失。所以說(shuō),以后碳纖維造車(chē)會(huì)逐漸成為汽車(chē)發(fā)展潮流的一個(gè)趨勢(shì)。
現(xiàn)階段,碳纖維造車(chē)在汽車(chē)領(lǐng)域并非是一篇空白。有的汽車(chē)廠(chǎng)商已經(jīng)把碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在汽車(chē)傳動(dòng)軸,版簧,構(gòu)架和剎車(chē)片等關(guān)鍵零件上,如賽車(chē)底盤(pán),碳纖維制動(dòng)盤(pán),碳纖維輪轂,傳動(dòng)軸等。由于碳纖維造價(jià)的昂貴,所以現(xiàn)階段只有蘭博基尼,保時(shí)捷,寶馬,邁凱倫,奔馳,帕加尼等研究過(guò)碳纖維車(chē)身。首先,寶馬在碳纖維造車(chē)領(lǐng)域上成為了首位吃螃蟹的車(chē)企。為了安全及燃油經(jīng)濟(jì)性,寶馬毫不吝嗇,當(dāng)少量汽車(chē)廠(chǎng)家采用全鋁車(chē)身的時(shí)候(捷豹路虎,奧迪),主要原因還是節(jié)省成本和生產(chǎn)工藝。正當(dāng)這些汽車(chē)廠(chǎng)家沉浸在鋁質(zhì)車(chē)身的技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)先其他廠(chǎng)家的時(shí)候,猛然發(fā)現(xiàn),寶馬已經(jīng)采用了碳纖維這樣的“黑科技”來(lái)造車(chē)。
在2015款的寶馬7系的車(chē)身框架中,碳纖維被用于幾個(gè)非常重要的部位:加固車(chē)頂橫梁結(jié)構(gòu),B柱,C柱,底部側(cè)圍、中央通道和后部支撐。碳纖維的加入使這些部件的重量減輕了50%,而且強(qiáng)度還為剛的5倍以上,最終2015款寶馬7系比上一代減輕重量為130KG。
更是憑借著碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料搭配鋁鋼構(gòu)成的創(chuàng)新復(fù)合材料構(gòu)成的車(chē)身被授予“2015歐洲車(chē)身大獎(jiǎng)”。并且這款豪華轎車(chē)的車(chē)身獲得了41.87分(總分為50分),這也是有史以來(lái)該獎(jiǎng)項(xiàng)的最高評(píng)分。
正是由于碳纖維的種種優(yōu)異性能,使其成為了追求速度與安全的跑車(chē)的寵兒。帕加尼Zonda R作為一款高性能跑車(chē),搭載奔馳AMG的6.0LV12自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī),經(jīng)過(guò)帕加尼的深度改進(jìn)和調(diào)校,將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力壓榨到了極致,但是跑車(chē)永遠(yuǎn)沒(méi)有最快,只有更快,追求更快的帕加尼Zonda R又在車(chē)身上做手腳,帕加尼Zonda R全車(chē)采用碳纖維材料制成,在進(jìn)一步增強(qiáng)車(chē)身鋼性的同時(shí),大大減少了重量。在操控性方面,除了車(chē)身以碳纖維打造外,底盤(pán)也采用碳纖維做為主要材質(zhì),四油箱設(shè)計(jì)的概念則來(lái)自于GT賽事,而在軸距延長(zhǎng)了2英寸之后,Zonda R的的行路性也顯得更為平穩(wěn)。最終,Zonda R整車(chē)重量為1070公斤。并且和強(qiáng)有力的發(fā)動(dòng)機(jī)搭配,將百公里加速提升到了2.7秒,最高車(chē)速超過(guò)350km/h。
跑車(chē)碳纖維并不是帕加尼公司一家獨(dú)大,作為頂級(jí)跑車(chē),邁凱輪P1是許多車(chē)迷心目中的“Dream Car”,而作為全球著名跑車(chē)品牌,邁凱輪也看到了碳纖維材質(zhì)的潛力,并且打造了20采用全碳纖維車(chē)身的限量版P1跑車(chē)。而邁凱輪P1在使用碳纖維車(chē)身之后,讓原本1395千克重的車(chē)身重量進(jìn)一步降低,可以讓加速度更快,性能更強(qiáng)悍。
據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得知,車(chē)重每減小10%,車(chē)輛油耗可降低6-8%,排放量可降低5-6%,0-100km/h加速性可提升8-10%,制動(dòng)距離縮短2-7m;車(chē)身輕量化后整車(chē)重心可實(shí)現(xiàn)下移,有效提升了汽車(chē)操縱的穩(wěn)定性;碳纖維還具有極佳的能量吸收率,碰撞吸能能力是鋼的6-7倍、鋁的3-4倍,使車(chē)輛在運(yùn)行更加安全、平穩(wěn);此外,碳纖維還有更高的震動(dòng)阻尼,可提高整車(chē)疲勞強(qiáng)度。可以說(shuō),碳纖維在未來(lái)可能是汽車(chē)不可或缺的一種材料。
國(guó)外都已經(jīng)如火如荼的展開(kāi)了碳纖維造車(chē),而國(guó)內(nèi)碳纖維造車(chē)卻一片寂靜。是中國(guó)不需要碳纖維造車(chē)嗎?必然不是。國(guó)內(nèi)現(xiàn)今對(duì)低碳環(huán)保的提倡越來(lái)越多,所以減輕車(chē)身重量從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷無(wú)疑是一個(gè)非常好的辦法,國(guó)內(nèi)相關(guān)政策也做出了具體要求:到2017年新能源汽車(chē)通過(guò)應(yīng)用新材料實(shí)現(xiàn)車(chē)身減重25%、到2020年實(shí)現(xiàn)車(chē)身減重30%的目標(biāo)。這些舉措都直接或者間接地促進(jìn)了碳纖維材料在汽車(chē)產(chǎn)品上的應(yīng)用。
但是碳纖維被越來(lái)越多的汽車(chē)制造領(lǐng)域受到追捧的同時(shí),國(guó)內(nèi)還是有很多的局限性使碳纖維造車(chē)舉步維艱的,下面不妨列出阻礙中國(guó)碳纖維造車(chē)的幾大問(wèn)題。
問(wèn)題一:國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員嚴(yán)重匱乏
北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)徐樑華教授曾用“成績(jī)喜人但隱患猶存”來(lái)概括國(guó)內(nèi)碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀。在碳纖維學(xué)術(shù)中,國(guó)內(nèi)高校幾乎沒(méi)有相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)設(shè)置,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)無(wú)法培養(yǎng)人才來(lái)致力于碳纖維這一領(lǐng)域,使碳纖維技術(shù)落后于其他國(guó)家,就猶如當(dāng)年中國(guó)制造原子彈,無(wú)奈沒(méi)有人才支撐的尷尬局面。
問(wèn)題二:碳纖維的制造過(guò)程中帶來(lái)環(huán)境污染等負(fù)面影響還帶評(píng)估
日前,部分低模量的碳纖維已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)生產(chǎn),但是隨之而來(lái)的是一系列的污染問(wèn)題,在碳纖維的處理和加工上,會(huì)造成大量的二氧化碳,污水的排放可導(dǎo)致工人患有各種呼吸道疾病,而且廢棄碳纖維的回收成本還很高。碳纖維造車(chē)有一部分原因就是節(jié)能減排,整治環(huán)境的污染。而碳纖維制造過(guò)程中的污染與碳纖維造車(chē)之后減輕的污染確實(shí)是需要權(quán)衡一下了。
問(wèn)題三:國(guó)內(nèi)碳纖維技術(shù)起步過(guò)晚,相比國(guó)外差距略大
技術(shù)的不成熟其實(shí)是最大的問(wèn)題,中國(guó)碳纖維的制造產(chǎn)業(yè)受政治因素與經(jīng)濟(jì)因素共同限制,幾十年前就開(kāi)始碳纖維研發(fā)的西方國(guó)家將碳纖維視為戰(zhàn)略物資,曾對(duì)中國(guó)禁售、禁運(yùn),根本不可能轉(zhuǎn)讓技術(shù)。而經(jīng)濟(jì)的落后從而導(dǎo)致了科技的落后,當(dāng)時(shí)研修碳纖維技術(shù)是心有余而力不足,只有近幾年,國(guó)內(nèi)碳纖維的開(kāi)發(fā)才算正式的開(kāi)始。
寫(xiě)到最后,不難看出碳纖維無(wú)疑是時(shí)代的產(chǎn)物,雖然當(dāng)今碳纖維造車(chē)與我們還是比較遙遠(yuǎn),但是從節(jié)能減排的趨勢(shì)和碳纖維的優(yōu)點(diǎn)來(lái)說(shuō),碳纖維未來(lái)可能會(huì)慢慢的普及到生活中,國(guó)內(nèi)的碳纖維造車(chē)技術(shù)雖然困難重重,回頭想想中國(guó)當(dāng)初原子彈都造出來(lái)了碳纖維技術(shù)能夠被難倒嗎?
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