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碳纤维在中低端车的应用探索

   日期:2022-11-15     来源:复材网    浏览:237    评论:0    
核心提示:碳纤维复合材料今年的出场率非常高。通用的全新科尔维特Stingray sport采用全碳纤维车顶盖和发动机罩。此外,奥迪R8、宝马M6、道
     碳纤维复合材料今年的出场率非常高。通用的全新科尔维特Stingray sport采用全碳纤维车顶盖和发动机罩。此外,奥迪R8、宝马M6、道奇蝰蛇也在不同程度上应用了碳纤维。然而,大部分采用碳纤维增强材料的汽车都为高端、小批量生产车型。并且有些靠纯手工组装,成本较高,因此短时间内这类材料不太会大量使用在中等或低等价位的车型中。
 
    碳纤维材料的密度是钢铁的五分之一,但其强度和刚度却与钢铁不相上下。这类材料为工程师设计车辆提供了更高的灵活性,并且能够减少汽车零部件的数量。不过碳纤维材料的成本非常高,生产效率也不高。将碳纤维材料加工成特定零部件所耗的时间比用钢板成型多得多。
 
    福特欧洲研发中心先进材料项目工程师Inga Wehmeyer表示:“减轻车重的确为燃油经济性的提升带来很大帮助,不过能够大批量且高效生产碳纤维汽车零部件的工艺至今还不存在。”碳纤维分多种,在加工常见的碳纤维材料时,技术员通常在抓斗状模具中铺叠碳纤维预浸料,一般预浸料中含有热固性环氧树脂。随后,工人将其放入高压设备中固化,该过程将持续一到两小时。
 
    目前,制造复合部件的几种新工艺正处于研发摸索阶段,包括多种树脂传递模型(RTM)、片状模塑料(SMC)以及长纤维增强热塑性工艺。这三种方法有其各自的优劣势。
 
    尽管存在障碍,汽车制造商正逐渐将碳纤维材料技术下放,运用至普通车型中。行业咨询公司Frost & Sullivan预计,在未来四年中,碳纤维材料市场将每年增长33%。行业观察人士预计,先投入商业化应用的碳纤维部件是外部车身面板,因为更换外饰板材料无需更改汽车基础架构。近期,福特、丰田、以及Continental Structural Plastics公司的一系列行动也表明了这一趋势。
 
车企碳纤维应用现状
 
    福特去年秋天在北美发布的福克斯车型中采用了碳纤维发动机罩,重量相比原本的钢制发动机罩减轻了一半。根据福特阐述,其与多家合作商研发出一种可实现大批量、高效生产碳纤维部件的工艺。为了进一步发展该技术,福特与Dow Automotive、Hightech.NRW两家公司合作并更深入地研发、拓展该技术。
 
    福特碳纤维复合材料的发动机罩结构特殊,在两块碳纤维板的中间夹着一层泡沫塑料,如此设计的理由是:万一行驶过程中不慎撞击到了行人的头部,对其造成的伤害能够尽可能的减到小。该发动机罩在假人头部撞击测试中表现良好。福特表示这款碳纤维发动机罩的投产日期不会太遥远,并且每块单独的碳纤维发动机罩仅需要耗时15分钟就能生产成型。
 
    除了福特以外,丰田在今年1月份为其Mark XG Sport车型安装了一块碳纤维发动机罩,该车与凯美瑞同属一个级别,仅在日本当地出售。Mark XG Sport的碳纤维发动机罩相比此前的钢制发动机罩减轻了6千克的重量。
 
    与此同时,美国汽车研究委员会下的汽车复合材料协会(ACC)耗费5年时间,开发出一款适用于轿车的复合地板材料,近期,该机构又开始了新一轮4年计划,该计划目标是为汽车前端防撞梁减重。
 
供应商同样在研发复合材料
 
    Continental Structural Plastics公司为通用旗下科尔维特C6及C7车型提供轻量化车门面板。此外,该公司还为宝马、克莱斯勒、福特、丰田提供碳纤维车身面板。
 
    近期,该公司工程师开发出一款双层材料发动机罩,由两部分组成。外表面采用轻量化玻璃增强纤维镀膜板(SMC),内部结构面板则采用碳纤维增强材料镀膜板。该公司董事长Frank Macher表示,这项技术将会先向一家原始设备制造商提供,进行测试评估。
 
    该公司副总裁Probir Guha表示:他们在18个月前投入研发碳纤维发动机罩。关于这款双层式发动机罩,其外层的材料相比公司之前的标准镀膜板材料强度要高的多,其秘密在于工程师将其中的碳酸钙填料(calcium carbonate)改为了玻璃微珠填料(glass microspheres)。而高刚度碳纤维增强内层则使用了聚脲和乙烯基酯材料。
 
    Guha解释到:“普通碳纤维发动机罩减重幅度约为20%,而这款双层材料发动机罩减重幅度却达35%。由于次采用这种技术,我们使用了中等密度的镀膜板,今后,将进一步采用低密度的镀膜板材料,从而能使发动机罩减重幅度达50%(相对标准镀膜板材料制造的发动机罩)。”
 
    Continental Structural Plastics公司工程师表示:目前他们还在着手开发其他可替代技术,例如树脂传递模塑成型(RTM)热固性材料。通常这类材料的生产循环周期很长。“目前我们正在寻找能够缩短循环周期的方法,不过目前还没有找到能比增强型碳纤维镀膜板性能更好的材料。”
 
 
 
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