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碳纖維復材在汽車減重領域的作用

文章出處:網(wǎng)絡責任編輯:管理員人氣:發(fā)表時間:2015-09-01【

碳纖維復合材料將在汽車減重的努力中起到關鍵的作用,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注的焦點。
  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-艾森大學汽車研究中心教授兼主任Ferdinand Dudenh?ffer談到了汽車制造技術方面的變革。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院航空系的研究人員合作,研制出一種復合材料,這種材料由碳纖維和聚合物制成,可用作充電及能源儲存。這一努力的構想是,未來沃爾沃汽車的車身將起到電化學蓄電池的作用。但是目前離實現(xiàn)這種解決方案還有多遠呢?
  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:“如果一切按計劃進行,到2012年年底,我們就會有這種電化學蓄電池功能復合材料的汽車行李箱樣機。”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)動機罩,其成本可能相當于原來的發(fā)動機罩加上一個鋰離子蓄電池。他說:“作為制造商,我們可以增加一點碳纖維發(fā)動機罩的成本,因為我們實際上是白白得到了蓄電池。”
  沃爾沃汽車公司復合材料專家Ulf Carlund指出,目前復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。這在一定程度上導致使用鋼材的傳統(tǒng)汽車制造商對復合材料無所適從。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烈,公眾將會看到越來越多聚合物復合材料應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)的復合材料的技術及經(jīng)驗,而且還進一步發(fā)展其附屬公司蘭博基尼已采用的碳纖維技術。
  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行,在復合材料中加入纖維,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。項目的關鍵是,這種材料需要達到與鋁材相同的抗拉與抗壓負荷能力。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該能夠修理汽車并替換復合材料零件。” 123456
  制造工藝有待改進。德國設備制造商福伊特(Voith)附屬公司福伊特復合材料(Voith Composites)的經(jīng)理Lars Herbeck預見到了多個領域的強大需求。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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