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碳纖維復(fù)材在汽車減重領(lǐng)域的作用

文章出處:網(wǎng)絡(luò)責(zé)任編輯:管理員人氣:發(fā)表時間:2015-09-01【

碳纖維復(fù)合材料將在汽車減重的努力中起到關(guān)鍵的作用,盡管會面臨批量生產(chǎn)的巨大挑戰(zhàn)。 
  隨著環(huán)保規(guī)定趨于嚴(yán)格,以及汽車使用數(shù)量隨城市發(fā)展與日俱增,汽車工業(yè)不得不以新的方式思考問題。無論是混合動力還是純電動汽車,新的輕質(zhì)車身造型和蓄電池使用壽命已成為大眾關(guān)注的焦點(diǎn)。
  最遲到2014年,幾乎所有汽車制造商都要提供混合動力車,而這只是個開始。德國杜伊斯堡-艾森大學(xué)汽車研究中心教授兼主任Ferdinand Dudenh?ffer談到了汽車制造技術(shù)方面的變革。他說:“到2025年,全球純?nèi)加托萝嚨姆蓊~將跌至35%。”根據(jù)另一項預(yù)測,在今后10年里,每年將售出大約2,400萬輛混合動力及電動汽車。Dudenh?ffer表示,這只是個保守數(shù)字。但是所有汽車制造商都要竭盡全力解決同樣的問題——重量。安裝蓄電池后,純電動汽車的重量會增加大約250公斤;充電式混合動力汽車則會增加約200公斤。 copyright 123456
  沃爾沃汽車公司正嘗試找到一個可行的解決方案。其瑞典哥德堡的工程師與英國倫敦帝國理工學(xué)院航空系的研究人員合作,研制出一種復(fù)合材料,這種材料由碳纖維和聚合物制成,可用作充電及能源儲存。這一努力的構(gòu)想是,未來沃爾沃汽車的車身將起到電化學(xué)蓄電池的作用。但是目前離實(shí)現(xiàn)這種解決方案還有多遠(yuǎn)呢?
  沃爾沃汽車材料中心開發(fā)工程師Per-Ivar Sellergren對此表示樂觀。他說:“如果一切按計劃進(jìn)行,到2012年年底,我們就會有這種電化學(xué)蓄電池功能復(fù)合材料的汽車行李箱樣機(jī)。”而成本則是個問題,但Sellergren說,即使它仍比鋼和鋁貴很多,電動及混合動力汽車的未來還是取決于復(fù)合材料。 copyright 123456
  據(jù)沃爾沃計算,用新電池材料制造的發(fā)動機(jī)罩,其成本可能相當(dāng)于原來的發(fā)動機(jī)罩加上一個鋰離子蓄電池。他說:“作為制造商,我們可以增加一點(diǎn)碳纖維發(fā)動機(jī)罩的成本,因為我們實(shí)際上是白白得到了蓄電池。”
  沃爾沃汽車公司復(fù)合材料專家Ulf Carlund指出,目前復(fù)合材料的加工方式過于緩慢,并且早期對傳統(tǒng)汽車制造廠的投資還需加以利用。這在一定程度上導(dǎo)致使用鋼材的傳統(tǒng)汽車制造商對復(fù)合材料無所適從。沃爾沃的專家們指出,盡管如此,但是現(xiàn)在變革的意愿非常強(qiáng)烈,公眾將會看到越來越多聚合物復(fù)合材料應(yīng)用到新型汽車的里里外外。

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  奧迪鋁制汽車A2已使該公司成為制造輕型汽車的先鋒。在公司位于德國南部內(nèi)卡蘇爾姆的“輕量化”中心,奧迪的工程師們不僅利用由母公司大眾汽車豪華車型布加迪開發(fā)的復(fù)合材料的技術(shù)及經(jīng)驗,而且還進(jìn)一步發(fā)展其附屬公司蘭博基尼已采用的碳纖維技術(shù)。
  在身價超過12萬歐元、每天只生產(chǎn)15至20輛的奧迪R8 Spyder跑車中,奧迪在車頂行李箱的兩邊及頂部均采用了碳纖維增強(qiáng)聚合物。這樣做可使其在低成本的批量生產(chǎn)中更具成本效益,但要實(shí)現(xiàn)一個前提:可以用單個碳纖維零件代替多個鋁制零件。奧迪在Leichtbauzentrum的開發(fā)工程師Karl Durst說:“也許你只需要一種刀具,而不是五六種不同的刀具。” 內(nèi)容來自123456
  這里有多個項目在進(jìn)行,在復(fù)合材料中加入纖維,就能提升與鋁相比的重量優(yōu)勢,這種重量優(yōu)勢從17~18%到25%不等。項目的關(guān)鍵是,這種材料需要達(dá)到與鋁材相同的抗拉與抗壓負(fù)荷能力。Durst說,即使這樣,仍有若干大小問題需要解決,特別是復(fù)合材料與其它材料接合處的腐蝕問題。另外還有噪音,隨著汽車不斷減重,噪音水平也會增加,因此需要絕緣隔音,這又增加了重量。
  另一個挑戰(zhàn)是,汽車技師對所處理的材料是否熟悉。Durst說:“不管是在世界哪個角落,即使是最小型的奧迪修理車間都應(yīng)該能夠修理汽車并替換復(fù)合材料零件。” 123456
  制造工藝有待改進(jìn)。德國設(shè)備制造商福伊特(Voith)附屬公司福伊特復(fù)合材料(Voith Composites)的經(jīng)理Lars Herbeck預(yù)見到了多個領(lǐng)域的強(qiáng)大需求。例如材料的優(yōu)化流水作業(yè)、每年10萬多個零件的定速生產(chǎn),以及速度更快的生產(chǎn)周期等。與生產(chǎn)速度以秒為單位計算的鋁制零件相比較,較大的復(fù)合材料零件制造可能需要20分鐘至1小時。這在航空航天工業(yè)中還可以接受,但在汽車行業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的裝配線中卻行不通,整個汽車行業(yè)全球每年產(chǎn)出超過5,500萬輛汽車。 
 

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