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熱文:汽車領域應用崛起,一文帶你探秘“黑色黃金”碳纖維復合材料!

時間:2022-09-13 16:01:55    來源:UTPE彈性體門戶

基于碳纖維復合材料如此突出的優勢,碳纖維復合材料在汽車車體和零部件中都得到了廣泛應用,如:汽車車身、內外飾、底盤系統、動力系統等等。

碳纖維復合材料(CFPR)在汽車零部件中的應用情況


【資料圖】

據了解,碳纖維復合材料的應用可使汽車車身減輕質量40%-60%,相當于鋼結構質量的1/3-1/6。英國材料系統實驗室曾對碳纖維復合材料減重效果進行研究。結果表明,碳纖維增強聚合物材料車身重172 kg,而鋼制車身質量為368 kg,減重超過50%。

碳纖維復合材料在汽車輕量化領域的應用及優勢

1、密度小,強度高

碳纖維復合材料用于汽車底盤及承力部件時,在減輕車重的情況下并不損失車的強度和剛度,汽車安全系數能得到保證。

英國材料系統實驗室(MSL)的研究結果表明,在各種材料制造的車身中碳纖維復合材料是最輕的,尤其是與鋼制車身相比,輕量化效果達53%以上。

各種材料車身質量對比圖

2、韌性好,抗沖擊性和能量吸收能力優良。

碳纖維復合材料用于車身及其結構件時保證了車身及其結構件碰撞時的安全性。

碳纖維復合材料質量僅有鋼的50%左右,在碰撞時吸收能量的能力卻是鋼或鋁的4-5倍,使汽車碰撞安全性顯著提高。

碳纖維復合材料制成的兩根縱梁應用于梅賽德斯-奔馳SLR 跑車,可以徹底吸收正面碰撞時產生的能量,以保證乘客廂的結構基本不受影響,而全部由碳纖維復合材料制成的乘客廂,在發生尾部或側面撞擊時為車內乘客提供了非??煽康陌踩臻g。

3、振動衰減系數大,吸振能力強,阻尼高,抗振性能好

碳纖維復合材料用于汽車傳動系統和發動機部件,具有良好的減振、隔音效果,提高了乘坐舒適性。

奧迪Quattro系列、日本尼桑GTR和Fairladyz車型、阿斯頓·馬丁V8 Vantage Coupe車型和Mazda RX-8車型上已大量使用了碳纖維復合材料制造的傳動軸。

基于碳纖維復合材料在可靠性、耐久性和強度等方面的優點,日本近幾年開始在制造汽車渦輪增壓器壓氣機葉輪時用碳纖維復合材料替代鋁合金,將葉輪質量降低48%,從而使轉子慣量降低,加速性能提高,極大縮短渦輪增壓器的響應滯后問題。

4、優秀的耐熱性、抗腐蝕與抗輻射性能,不易老化,耐摩擦

碳纖維復合材料應用于汽車剎車片時由于其穩定的摩擦系數(0.35-0.40)使得汽車制動過程平穩、耐熱溫度高達2 500℃,不存在傳統金屬材料的熱損耗問題,是制造剎車片理想的材料,在電動汽車和其他新能源汽車領域應用具有很強的競爭力。

碳纖維復合材料被大量應用于F1和GT系列賽車 的剎車片領域。西格里公司生產的碳纖維—陶瓷 動盤裝置,應用于PorscheAG、911Turbo GT和 GT IIS車型。

5、耐久性,安全性,抗疲勞性能極佳,有效延長了汽車零部件的使用壽命

輪轂是汽車行駛的重要部件之一,它不僅承受整車的重量與載重,更承擔著傳遞驅動和扭矩。碳纖維復合材料應用于汽車輪轂不僅可以滿足車用輪轂的所有要求,在車輛輕量化方面更是表現出色。

英國Kahm公司使用CFRP制得的RX–X 型高級汽車專用輪轂,重量僅為6 kg,可高速行駛,并可最大限度地降低車輪的徑向慣性力。

瑞典Koenigsegg公司2013款Agera R型跑車搭載的世界上第一個中空、一片式碳纖維輪轂,在降低約20 kg的簧下重量的同時,依然可保證良好的安全和抗沖擊性能。

目前,國外在碳纖維復合材料方面的發展已初具規模,形成了碳纖維供應商+復合材料供應商+零部件供應商+主機廠的聯盟式產業化布局。寶馬、豐田、福特、斯巴魯等車企已經將碳纖維復合材料應用于旗下高性能汽車。然而我國在車用碳纖維方面起步較晚,還未形成產業規模,汽車應用研究環節也亟需加強。

關鍵詞: 復合材料 汽車零部件 汽車車身 渦輪增壓器

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