新材料与工艺手册

[车身轻量化] 碳纤维电动汽车将成主流

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发表于 2011-6-24 22:16:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
前不久在西班牙举行的F1瓦伦西亚大奖赛上发生了惊人一幕:马克·韦伯的赛车以每小时306公里的速度行驶时发生了严重的翻车事故。幸运的是,韦伯本人毫发无损。
韦伯的“救命稻草”就是目前F1赛车中十分流行的碳纤维底座。虽然与铁、铝材料相比,碳纤维的“身价”更高,但其抗压性以及轻便性都远远优于铁和铝。目前,在很多高精尖领域都可以看见其“芳踪”,比如飞机的机翼、超级汽车以及昂贵的山地自行车等。
虽然,碳纤维已经“飞入寻常汽车家”,出现在很多汽车的零部件上,不过,如果德国宝马汽车公司的研发获得成功的话,车身由碳纤维制造的电动汽车或将成为主流。

安全耐用是优势

今年7月初,宝马公司公布了其酝酿已久的电动汽车发展计划,计划在2013年推出插入式电动汽车Megacity。新的车型并非由现有车型改装而来,而是宝马公司的工程师们卧薪尝胆的一次全新尝试。这款性能优异的“无铁”四座城市用车将会更加轻便,其由两部分组成:包含了传动系统和电池的铝制底盘以及安装在底盘上的碳纤维汽车“骨架”。
碳纤维比铝轻30%,比铁轻50%。而且,由于碳纤维具有很强的抗撕裂性,当它被织成格状结构,再融入树脂后,其强度要超过铁。但由于这道工序需要耗费大量劳力且效率很低,因此,大规模生产碳纤维的可能性不高。不过,宝马公司正在试图改变这一现状。
宝马公司首先将聚合物加工成纤维状,然后在高温下通过几道工序将纤维碳化,得到厚度仅为7微米的碳纤维,5万根这样的碳纤维拧在一起成为细纱。细纱可以制成纤维织物,再利用模具在高温与高压将纤维织物打造成型,最后将树脂注入模具中让纤维黏合在一起,整个流程可以由机器人在几分钟内完成。
在这个过程中获得的碳纤维可以做成汽车的“身体”。该公司表示,除了更轻盈之外,这种汽车的抗挤压能力也令人惊叹。在对车头车尾进行的抗冲击测试中发现,铝制底盘受到挤压会变形,也会吸收部分能量,然而,由坚硬的碳纤维制造的乘客区却安然无恙,甚至侧面来的强力冲击也能让车厢内的假人模型和电池毫发无伤(当然,当安全气囊装置启动时,电池会自动断电)。即便汽车受到猛烈的撞击,车体有所损伤也不用担心,切掉碳纤维受损的部分再黏上新部件,完全可以让汽车恢复原状。
碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4倍到5倍左右。数年来,F1车队一直采用碳纤维复合材料制造其赛车的碰撞缓冲构件,从而显著减少了赛事中的重伤事故。
其实,早在1992年,美国通用汽车公司就介绍了超轻概念车,该车的车身采用碳纤维复合材料,由手工碳纤维预浸料工艺制造,整体车身的质量为191公斤。用碳纤维取代钢材制造车身和底盘构件,可减轻质量68%,从而节约汽油消耗40%

碳纤维汽车的回收利用是难题

钢铁和铝很容易回收再利用,但是,碳纤维很难回收再利用,因此,从某种角度来说,碳纤维汽车可能在“人老珠黄”之后成为一堆废物。目前,汽车制造商正同宇宙空间机构合作,试图解决这一问题。眼下,宝马公司一马当先,研发出了最新的处理碳纤维“边脚料”的方法。通过高温分解,这些“边脚料”能够退回到未加工的状态。通过此种方法生产出的复合材料具有碳纤维一半的硬度。
碳纤维的另一个优势是不易腐蚀,如果不考虑电池只有10年左右的使用寿命,这种碳纤维电动汽车的寿命可以长达几十年(当然,马达还是需要定期进行检修的),到时,如何让碳纤维电动汽车车主放弃它,可能会让汽车制造商大费周折。

结束时间: 2011-9-22 21:55

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碳纤维电动汽车将成主流

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