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汽车材料之碳纤维

2019年11月10日 前沿快报 暂无评论 阅读 287 人 次
碳纤维是什么?

碳纤维,既有碳材料硬的固有特性,又有纺织纤维柔的加工特性,被称为材料之王。

经常用在飞机,火箭,防弹车上。碳纤维在汽车上的应用最早是在F1赛车上,现在也用在民用汽车上。

 

1880年,爱迪生在实验灯丝的时候就发现了碳纤维,经过100多年的发展,2010年宝马在i3,i8上使用了碳纤维,开启了碳纤维在汽车上的应用。汽车用碳纤维有几大优势:

  • 轻量化:碳纤维复合材料重量比钢轻3/4,比铝轻1/3,更加节能。

 

  • 舒适性:碳纤维的柔软拉伸性能,对整车的噪音振动控制有很好的提升,会大幅提升汽车的舒适性。

 

  • 可靠性:碳纤维具有更高的疲劳强度,碰撞吸能性好,在减轻车辆重量的同时还能保住强度和安全性,降低了轻量化后带来的安全风险系数。
  • 提高寿命:碳纤维不存在腐蚀和生锈问题,增强了汽车部件的使用寿命。
碳纤维到底是怎么造出来的?

  • 拉丝:把原材料经过加热,它是增强材料:缠绕成型用的增强材料,主要是各种纤维纱:如无碱玻璃纤维纱,中碱玻璃纤维纱,碳纤维纱,高强玻璃纤维纱,芳纶纤维纱及表面毡等。树脂基体,及各种填料。,挤压形成凝胶形状的丝条,塑料纤维是用数千条计的细丝组成。
  • 稳定:经过400度加热氧化,使热塑性大分子转换成耐热性结构。使其在高温下不融不燃,保持纤维形状,热力处于稳定状态碳化:加温1千-2千度将非碳原子驱离,随着高温氧化变成黑色,再经过碳化炉碳原子结合在纤维上。

 

 

  • 石墨化:平行的长丝在经过带电腐蚀表面以便更好的吸收树脂,用几百根纤维组成纤维网,树脂涂布与纤维网同时进入机器内加热树脂吸附在纤维网上,通过挤压树脂渗入到纤维网丝内,冷却后液态树脂就成凝胶状。

通过一个视频直观的了解一下:

宝马怎么应用碳纤维?

宝马大量引用碳纤维材质:碳纤维轮圈、中网、行李架、前唇、侧裙、后扩散器、外后视镜盖,空调出风口、下部中控台面板等等。

宝马在车体的主体骨骼构架上大量应用CFRP (Carbon Fibre Reinforced Plastic)碳纤维构件来降低车重和加固车身。

我们都知道,碳纤维是非常昂贵的材料,且生产工艺复杂导致产量不足。据有关统计,碳纤维造价为每千克20美元,相比之下,传统的钢制材料造价不到每千克1美元,如何降低成本和大批量生产是最大难题。

为生产碳纤维,原来宝马早在2009年就与德国的SGL Carbon SE成立了专门生产碳纤维配件的合资公司。2014年,两家公司追加投资2亿美元将碳纤维年产量提升了三倍。碳纤维的年产能由原来两条生产线的3000吨,最终提升到六条生产线的9000吨,多出来的产能都让宝马7系这种销量极高的车型消化掉。

由于该项目的战略重要性,宝马做出了一项罕见的举措,即通过购买16%的股份来对抗大众汽车所购买的10%股份,从而保证其在位于德国威斯巴登制造商中的影响力。匡特家族的成员之一Susanne Klatten(宝马的大股东)也购买了SGL的27%的股份,所以BMW对这家公司的控制力远远超过其竞争对手。

宝马的碳纤维需要经过以下几个步骤:

  • 第一步:生产聚丙烯腈纤维原丝,由西格里和日本三菱人造纤维公司在日本大竹的合资公司生产。
  • 第二步:由后来增加2亿投资建成的摩西湖工厂将聚丙烯腈纤维转化为真正的碳纤维。
  • 第三步:由位于德国瓦克斯多夫的第二个合资工厂将碳纤维加工成不同类型的编织材料。
  • 第四步:这些碳纤维织物被运往兰茨胡特和莱比锡的宝马工厂,用于汽车零部件的生产。

兰茨胡特工厂

在被精心制造的碳纤维材料

刚刚被制作出的碳纤维材料

碳纤维材料由白色的丙烯酸线纤维烘烤而成

碳纤维车身材料

i3的车身碳纤维材料

工程师正在检查碳纤维车身

工程师正在检查碳纤维材料的表面

生产现场

正在组装的碳纤维车身

已成型的车身侧架

来源:直观学机械
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