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碳纤维或将引爆汽车材料的又一次革命

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  汽车从诞生至今,已经有一百多年的历史了,在此期间,汽车的发展日新月异,结构越来越复杂,功能越来越完善,毫不夸张地说,现代汽车是众多高新技术的合集。如果将汽车的发展比作一列火车,支撑这列火车前行的两条轨道,一条是汽车技术,另一条就是汽车材料。
  汽车在发明之初,使用的材料多是木材跟铁。之后,随着工业革命的到来,钢材和塑料等材料被大量应用到汽车上,这使得汽车的重量更轻,耐久性也大幅提升,这些传统材料也一直被沿用至今。再后来,重量更轻、强度更好的铝合金材料在中高档车型中开始被使用。近几年,在航空航天领域和赛车领域被广泛使用的碳纤维材料,逐渐进入了汽车制造商的视线。
      
  正是碳纤维材料的制造过程--拉丝、牵伸、稳定、碳化、石墨化,完成从原子到材料的蜕变后,终变成了全新BMW M3/M4的车顶及其他零件。隆重介绍一下,碳纤维(carbon fiber),简称CF,是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料,是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略基础材料。经过特殊处理的碳纤维材料,具有“外柔内刚”的特性,质量比铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,非常适合用作汽车制造材料。
      
  实际上,从碳纤维被发明后,人们就尝试将其用于汽车制造上,但受制于工艺和成本,目前碳纤维材料更多的是作为装饰材料,在汽车内外装饰件中使用较多。在不久前发布的全新BMW M3/M4车型上,我们次看到了由碳纤维材料制造的核心零件。在这两款车型上,除了采用增强型碳纤维(CFRP)车顶,用于底盘和众多车身部件均使用了增强型碳纤维(CFRP)材料。
  碳纤维作为汽车材料,大的优点是质量轻、强度大,重量仅相当于钢材的20%~30%,硬度却是钢材的10倍以上。全新BMW M3/M4采用了增强型碳纤维(CFRP)传动轴。增强型碳纤维(CFRP)的高刚度和低重量意味着可以将传动轴制造成单件式部件,而无需轴承。这使得相关部件比前代车型减轻了40%,旋转质量的减轻令动力传动系统的响应更为直接有效。发动机舱中的增强型碳纤维(CFRP)减震支柱支承进一步减轻了车辆重量,大大提升了动态驾驶性能,与铝制部件相比,重量仅为1.5kg的减震支柱支承可提供强大的硬度,对这两款车型无与伦比的转向响应性和精确性起到关键作用。
      
  得益于碳纤维材料的使用,全新BMW M3/M4比同等装备的前代车型减轻约80 kg,要知道像BMW M3/M4这种本来就属于轻量化设计的跑车,如果不是碳纤维材料的鼎力支持,减重无异于天方夜谭。同时,增强型碳纤维(CFRP)还有一个较为明显优势,那就是它的疲劳极限要远高于钢材和铝合金,由其制造的汽车零件使用寿命也更长,更加抗造。而另外一个影响便是车身重量的分布,众所周知,为了追求性能和精确的完美平衡,宝马车型采用前后50:50的重量分配,碳纤维材料的使用使这种重量分配实现起来更加容易。而这一系列功效的终目的,就是为了提升车辆的运动性能并降低油耗!
      
  正因为材料与汽车的性能及使用成本密切相关,汽车朝轻量化的方向发展已是大势所趋。作为汽车轻量化的利器之一,碳纤维材料正逐渐被越来越多的高性能车型使用。很显然,宝马已经走在了前面。全新BMW M3/M4的推出见证了BMW M公司对高性能跑车的全新诠释,而碳纤维的使用令BMW在增强型碳纤维(CFRP)领域处于地位,从而促使BMW打造了批车身完全采用该材料的量产车--BMW i3。
  一直以来,宝马在研发各种汽车技术的同时,也在致力于高科技材料在汽车上的应用,作为少数几个率先在量产车上使用碳纤维的品牌之一,宝马更是个用碳纤维材料制造核心零件的豪华车品牌。在宝马等汽车品牌的推动下,相信在不久的将来,碳纤维材料这种原本用来“上天入地”新型材料,将被使用在更多的车型上,届时,消费者将真正领略到碳纤维的独特魅力。
       更多信息请关注复合材料信息网http://cnfrp.net
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