在于上海舉行的第四屆中國國際進口博覽會（CIIE）上，Apollo Future Mobility集團有限公司（以下簡稱AFMG）凸顯了其全新超跑Apollo Intensa Emozione的全碳纖維單體結(jié)構(gòu)。



通過采用先進技術(shù)與復(fù)合材料，設(shè)計師們創(chuàng)造了一種訂制的全碳纖維底盤，除單體結(jié)構(gòu)外，該底盤還含有子結(jié)構(gòu)和防碰撞結(jié)構(gòu)。



該新的底盤滿足并超越了FIA LMP2安全要求，擁有一個碳纖維的單體艙，能為駕駛員提供保護而不需要防滾架。



該底盤由手工制成，采用了一種高質(zhì)量的熱壓罐預(yù)浸料和先進的碳纖維技術(shù)。此外，燃料電池被安裝在集成到該單體結(jié)構(gòu)中的一個碳纖維/凱夫拉的安全艙內(nèi)，確保了燃料電池在發(fā)生撞擊時受到保護。



碳纖維是如何制成的？



對于需要穩(wěn)定且輕便的組件（例如用于汽車工程），碳纖維是非常理想的。這就是為什么碳纖維用于航空航天工程以及飛機，輪船和自行車的構(gòu)造的原因。在汽車制造中，碳纖維與之前的許多材料一樣，已從賽車發(fā)展到大規(guī)模生產(chǎn)。因為節(jié)省下來的每一盎司重量都屬于賽車運動，所以輕巧的結(jié)構(gòu)是開發(fā)賽車的基本前提之一。



碳制成的組件具有這種材料特有的織物結(jié)構(gòu)，在視覺上引人入勝。碳纖維的定制選項范圍非常廣泛-從引擎蓋到內(nèi)部和外部的設(shè)計元素，再到擴散器。



碳纖維是用于汽車制造的碳復(fù)合材料，用于制造的成分是碳纖維和由熱固性塑料制成的支撐結(jié)構(gòu)，稱為基質(zhì)。這可以由各種材料制成，例如合成樹脂?；|(zhì)用于連接纖維并填充纖維之間的空間。由于合成樹脂在室溫下長時間放置后將開始交聯(lián)，因此它會以-0.4°F（-18°C）的溫度纏繞在線圈周圍而儲存。在下一步處理之前的一天左右將其加熱到室溫。



碳纖維本身非常細(xì)-它們通常僅占人發(fā)寬度的十分之一。纖維鋪設(shè)的方向?qū)Ψ€(wěn)定性至關(guān)重要。碳結(jié)構(gòu)僅在纖維方向上非常堅硬。在結(jié)構(gòu)組件的下一步中，將這些單根細(xì)絲中的約50,000條組合成稱為粗紗的纖維束并卷起來。對于可見的碳元素，大約有3,000根細(xì)絲。然后將粗紗用于制造具有不同纖維方向的扁平紡織品，以實現(xiàn)所有方向的剛性。當(dāng)一個放在另一個的頂部時，它們形成堆棧。



然后將它們放入模具中，然后“烘烤”。在這個稱為高壓釜步驟的工藝步驟中，熱固性基體在248°F（120°C），高壓和大約兩個小時的時間里硬化。樹脂交聯(lián)，使組件具有最終形狀。結(jié)果是碳纖維汽車部件可以根據(jù)需要連接在一起以形成更大的元素（車身元素）。然后在可見的零件上涂上透明的清漆-這樣可確保碳形態(tài)的特征結(jié)構(gòu)保持可見，同時保護材料。



可見碳零件大部分是手工制造的，這是一個耗時的過程。生產(chǎn)單個組件可能需要一整天的時間。在高壓釜中進行準(zhǔn)備，切割，固化，脫模，研磨，上漆–這些都需要時間。但是，它們也保證了極高的質(zhì)量和獨家性。



碳纖維車輪成“減重神器”



需要指出的是，碳纖維在汽車行業(yè)并不是什么新鮮事物，在汽車車身及多個部件上早已得到應(yīng)用，例如2013年上市的寶馬i3的車身、底盤等部位就采用了碳纖維材料。



當(dāng)前，隨著汽車行業(yè)加快向電動化轉(zhuǎn)型，一些制造工程上的挑戰(zhàn)正從內(nèi)燃機汽車轉(zhuǎn)移到電動汽車上。減重、改善空氣動力學(xué)性能和降低噪聲，這可能是當(dāng)代汽車工程師在研發(fā)電動汽車時面臨的三大非動力系統(tǒng)挑戰(zhàn)。與內(nèi)燃機汽車相比，電動汽車的零部件少得多，但它們并不一定比內(nèi)燃機汽車更輕。事實上，很多電動汽車比同級的內(nèi)燃機汽車更重，因為它們配裝了“大塊頭”電池組。例如，通用汽車不久前推出的全新GMC悍馬電動皮卡重量高達(dá)9046磅（約合4.1噸）。



另外，近年來，不少越野車和皮卡的輪轂尺寸和重量都在大幅增加。一些大型SUV的輪轂尺寸為22英寸（約合55.9厘米），個別甚至超過30英寸（約合76.2厘米），這就使得一個車輪的重量達(dá)到近100磅（約合45公斤），也就是說一輛車的車輪重量就達(dá)到400磅（約合181公斤）。不少車企在為新車配裝更大的輪轂和輪胎。例如，雪佛蘭在今年8月中旬發(fā)布了一款新車預(yù)告，稱基于通用Ultium電動汽車平臺打造的雪佛蘭索羅德電動皮卡將搭載四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并可選裝24英寸（約合61厘米）大輪轂。



在這種情況下，碳纖維在車輪上的減重引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注?？偛课挥诎拇罄麃喌腃arbon Revolution（碳革命）是一家技術(shù)較為領(lǐng)先的一體式碳纖維復(fù)合材料汽車車輪制造商，其首席執(zhí)行官杰克·丁格爾表示，碳纖維輪轂較鋁制輪轂要輕40％～50％，一套碳纖維輪轂可以使車輛減重88～110磅（約合40～50公斤）。這是一個相當(dāng)大的數(shù)字，畢竟底盤和車身工程師為了減輕1公斤重量都要絞盡腦汁。



當(dāng)前，不少全球享有盛譽的經(jīng)典跑車在都使用碳革命公司的碳纖維復(fù)合材料車輪，例如福特野馬謝爾比GT350R、法拉利488 Pista等高端跑車。其中，前者將原本每個重14.98公斤的鋁合金輪轂替換成8.17公斤的碳纖維輪轂后，全車減重27.24公斤，從而顯著改善了車輛的操控性能。價格方面，福特野馬謝爾比GT350R跑車采用的一套碳纖維車輪售價約為1.5萬美元。



“雖然現(xiàn)在碳纖維車輪看起來就像車輪界的‘魚子醬’，但我們希望通過規(guī)模經(jīng)濟來降低成本，讓它變得更加普及?！倍「駹栴A(yù)測，通過增加產(chǎn)量、降低成本，到2035年，碳纖維輪轂將從鋁制輪轂?zāi)抢飱Z得15％的市場份額。



碳纖維在汽車行業(yè)的常見應(yīng)用



碳纖維復(fù)合材料在汽車制造領(lǐng)域有著一段時間的應(yīng)用經(jīng)驗，從專業(yè)賽車到家用車中，都可以看到碳纖維復(fù)合材料的身影。但由于碳纖維成本和回收技術(shù)原因，碳纖維復(fù)合材料并未在汽車市場中實現(xiàn)大面積應(yīng)用，目前能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)的碳纖維汽車零部件主要有以下幾種。



1.碳纖維汽車電池箱體



動力電池是新能源汽車的重要動力部件，而電池箱體作為保護電池的承載件，一般被安裝在汽車下部，用來保護鋰電池不受外界侵蝕損傷。傳統(tǒng)電池箱體采用的是金屬材質(zhì)，會加大新能源汽車的自重，降低汽車?yán)m(xù)航能力。碳纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強，用于制作汽車電池箱體輕量化效果明顯。以博實為某汽車品牌定制的碳纖維汽車電池箱體為例，與原金屬材質(zhì)箱體比較，質(zhì)量減少了60%，這對于降低汽車能耗、增加續(xù)航能力有著很好的提升作用。碳纖維復(fù)合材料的耐腐蝕性、低蠕變和抗老化等優(yōu)秀性能，對于電池的保護也起到很好的作用。



2.碳纖維汽車座椅



我們在生活中所遇到的汽車座椅內(nèi)部支架結(jié)構(gòu)多為鋼鐵結(jié)構(gòu)，質(zhì)量較為笨重，內(nèi)部減震裝置多為彈簧，時間久了彈簧容易生銹，減震效果會大大降低，同時又造成大量資源浪費。碳纖維復(fù)合材料座椅骨架具有耐沖擊、耐腐蝕、強度高、耐疲勞等性能優(yōu)勢，不僅能充分滿足復(fù)雜工況要求，而且安全系數(shù)更高。



3.碳纖維后視鏡



外殼碳纖維復(fù)合材料也能夠用來制作汽車的后視鏡殼，但輕量化意義并不大，主要是為了滿足客戶對于碳纖維車品的需求，起到一個美觀的作用，類似的部件有碳纖維汽車車牌框，碳纖維汽車內(nèi)飾件等。



4.碳纖維防撞梁與吸能盒



防撞梁與吸能盒是碰撞發(fā)生時保險杠系統(tǒng)吸收能量的主要部件，傳統(tǒng)的防撞梁和吸能盒一般由鋼、鋁等金屬材料制成，這在一定程度上限制了車輛的輕量化水平。碳纖維復(fù)合材料面對沖擊時的能量吸收率非常高，甚至比鋼、鋁等材料要高出4倍以上，因此非常適合用于汽車容易發(fā)生撞擊的部位，如正面的防撞梁以及吸能盒。使用碳纖維材料制作汽車吸能盒，不僅使構(gòu)件質(zhì)量比原金屬材料降低60％-80％，還能使彈性變形成為低速碰撞下的主要變形形式，增加能量吸收率。



碳纖維汽車防撞梁隨著碳纖維定制技術(shù)的不斷成熟，碳纖維復(fù)合材料在汽車的整體構(gòu)造中也會占有越來越多的比例，這對于汽車輕量化有著非常積極的作用，并且符合可持續(xù)發(fā)展的整體需求。



文章來源：PT現(xiàn)代塑料，世界十佳變速器評選，碳纖維復(fù)合材料，中國汽車報