汽车中的碳纤维材料

ksj7341 · 发表于 2013-6-16 10:31

随着超跑制造商对速度越来越极致的追求，“轻量化设计”成为了近期的关键词，想想也是，那些V10，V12引擎的性能又不能被无限压榨，与其让旗下的每台跑车都成为布加迪威龙SS或迈凯轮奔驰SLR这种马力、扭矩怪兽，倒不如另辟蹊径，把车做的更轻一些，使车辆拥有大的马力/质量比，顺着这个思路，一些轻量化材料越来越多的被应用到车辆每一个部分，今天要介绍的就是这些轻量化材料中的主力军：碳纤维。

　　一.碳纤维材料的优势
　　碳纤维是一种含碳量高于90%的无机高分子纤维，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软性，制备碳纤维是一个繁杂的过程，从原丝到成品需要经过预氧化，高温炭化，石墨化，表面处理等诸多步骤，每一步骤又有着诸如碳化温度，预氧时间等严格的参数限制；成品碳纤维的轴向强度高，密度低、比性能高，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，繁杂的生产过程无疑造就了它优异的品质。

　　如果咬文嚼字的话，应用在超跑或赛车上的材料不能称之为碳纤维，单纯的碳纤维除用作绝热保温材料外一般不单独使用，它多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料，所以准确地说，赛车及超跑中的碳纤维应称作碳纤维增强的复合材料。近年来，在汽车领域碳纤维被越来越多地应用，它带来的效果是颠覆性的，诸多好处不胜枚举。

　　碳纤维特点之一就是质量轻，这种材料应用在超跑或赛车上带来最直观的改变就是整车重量的降低，在动力系统不变的前提下，减重的车身会带来更出色的加速感受，相对于扔掉空调、音响等配置的减重方法，碳纤维材料的应用在保留舒适配置的同时达到了更好的效果，碳纤维复合材料的应用可使汽车车身、底盘减轻重量40～60％，相当于钢结构重量的1/3～1/6。

　　碳纤维为车辆轻量化做出的贡献是毋庸置疑的，但更轻的质量是否意味着更低的强度呢？答案是否定的！碳纤维复合材料抗拉强度一般都在350 0Mpa以上，是钢的7-9倍，虽然只是轴向强度出色，但也足以满足对车辆安全性能的需求，"越厚的钢板意味着越高的安全性能"这种说法本身是不太正确的，决定车体安全水平的因素主要是看车架的结构和强度，所以碳纤维材料的应用与整车安全性能没有太大关系。

　　除了上述优点外，碳纤维复合材料还具有出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)及出色的抗热冲击性，这使得它成为了发动机罩的理想材料，另外它的热膨胀系数很低，使得车辆在高热情况下运转也不会带来变形，优秀的抗腐蚀与辐射性能也是普通钢材料不可比拟的。

ksj7341 · 发表于 2013-6-16 10:35

二、碳纤维在汽车世界中的应用　　虽说碳纤维慢慢进入了人们的视线，但想要普及这种新型材料恐怕还有待时日，目前它的应用大多在一些高端车或各大赛场上，早在上世纪80年代，碳纤维就已经走进了F1赛场，而近几年又开始应用在超跑领域，接下来要为您盘点的就是汽车世界中应用碳纤维材料的一些典型案例。
　　（一）、全碳纤维车身
　　雷克萨斯作为日本成功的高端汽车品牌一直被全世界人青睐，舒适和安静是它留给人的一贯印象，但它也有疯狂的一面，旗下新上市的超跑LFA由设计团队历时十年完成，虽然560马力的最大功率在超跑中处于中等水平，但它的车身彻底由碳纤维打造，造就了LFA1480公斤的低自重。

　　柯尼赛格是瑞典的一家超跑制造商，致力于打造世界级的超级跑车，与LFA相同，它的整个车身也是由碳纤维打造，但更有噱头的是，它曾是世界最快的量产跑车，在数据方面，它的最大马力和最大扭矩均已过千！

ksj7341 · 发表于 2013-6-16 10:36

(二）、车辆内饰　　法拉利458 Italia敢以国家的名字命名，就代表它一定有非凡之处，也许它方向盘上复杂的按钮和错乱的仪表盘让人抓狂，但没人在乎，因为它实在是太美了，美到我写下这部分文字的时候内心都是激动着的！它装配的4.5L V8 发动机性能出色，可以在加速上完爆前代车型F430，美到窒息的外形下是碳纤维打造的内饰，驾驶舱内每个细节都散发着高贵气息！

　　宝马旗下的M车型一直是性能的代名词，X6M作为新晋成员也跟随了传统，4.4L V8双涡轮增压发动机可提供最大555马力的功率，百公里加速只需4.7秒，虽然它的底盘调校不像M3那样激进，但对于大个子来说，它也算是身手敏捷了，X6M的内饰使用了大量碳纤维材料，这让本身就有火药味的它又增加了一抹战斗气息。

ksj7341 · 发表于 2013-6-16 10:36

（三）、其它应用及碳纤维的局限性　　帕加尼终于应验了承诺，推出了zonda的替代车型-huayra，这款百万豪车很好地保留了帕加尼的原始气息，为了打造更轻的车身，它的翼子板和鸥翼门都是由碳纤维打造，使得整车重量控制在3000磅（约为1.36吨）左右，再配以AMG为其打造的发动机，成就了它既暴躁又性感的性格。

　　除车身外，碳纤维材质还可应用于底盘，兰博基尼的新SUV-urus的整个底盘都是由碳纤维制成，之前提到的雷克萨斯LFA也是如此。

　　上述实例应用碳纤维的主要目的是减重，而下面这些装饰的意味则浓一些，一些性能车会在改装时把车顶、尾翼及进气格栅等部分装饰成碳纤维，虽然也能起到轻量化的效果，但外观上的改变更加显眼。

　　碳纤维应用在F1赛车是三十多年前的事，它的到来为这项运动带来了更快的速度和更高的安全性，而在更早之前它已经被应用到航空航天事业。

　　碳纤维的好处说不尽，但它也有自己的局限性，虽然强度高但是碳纤维是脆性材料，受力过大不会发生形变而是直接断裂，所以损坏后基本无法修复，而且碳纤维的高强度只限于轴向，它的径向强度是比较脆弱的，不止如此，碳纤维与其它材料的连接也是个问题，使用传统的栓接，连接孔周围很容易产生裂纹，但它之所以未能普及，最大的原因就是成本问题，举个简单例子，全碳纤维车身及底盘的LFA售价要高于30万英镑，这几乎是一辆法拉利458和一辆路虎揽胜价钱的总和！