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广州康箔斯复合材料有限公司
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碳纤维的优异性能--汽车轻量化的选择

什么是碳纤维?

一般碳纤维的密度为1750 kg/立方米,如此低的密度让其更是广泛被使用于大型飞机,例如空中客车的A350A380,波音787均利用碳纤维复合材料来减轻耗油量。另外大型风力发电机的叶片,赛车、高端自行车的车身均为碳纤维复合材料需求量增加的重要因素。

每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成,直径大约58微米。在原子层面的碳纤维跟石墨很相近,是由一层层以六角型排列的碳原子所构成。两者差别在于层与层之间的连结。石墨是晶体结构,它的层间连结松散,而碳纤维不是晶体结构,层间连结是不规则的。这样便防止滑移增强物质强度。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa也高于钢。但碳纤维材料也只是沿纤维轴方向表现出很高的强度,其耐冲击性却较差,容易损伤,所以在制造成为结构组件时,往往利用其耐拉质轻的优势而避免去做承受侧面冲击的部分。

可软可硬的碳纤维

既然是纤维织物材料,所以碳纤维可以被纺织成碳纤维布来从线变成面,同时保持着超轻、柔软、耐拉的特性,可是它如何变成坚硬的车体组件的呢?

从纸般柔软到钢铁般强硬的质变过程,通过在模具中按纤维方向交错叠放碳纤维布,利用环氧树脂粘接剂将多层切割好的碳纤维布逐层站在一起,这一过程需要用510层甚至更多蹭薄如蝉翼的碳纤维布,粘合成加厚版碳纤维布。这时它的柔韧性已经非常的差,几乎跟刚性材料差不多。其原理就如同将一页纸完全粘贴成一叠厚厚的纸堆,纸堆就会变得坚固。

之后再采利用高温高压烤箱来使粘合后的体积进一步压缩、强化,最终出炉的将是组件的成品毛坯,进过去毛边、打磨、抛光等工序,亮闪闪的车身组件就加工好了。这一过程看似简单,但是其中碳纤维布的成本以及工序成本,仍然使这一工艺无法大规模应用,所生产的产品也是异常昂贵。

摸上去手感与塑料差不多,却有着钢铁一般强度和韧性的碳纤维组件,不仅能够帮助整车有效减重,更由于其昂贵的特性而变成奢华的象征。以法拉利、兰博基尼、帕加尼等为代表的意大利超级跑车想必大家非常熟悉,为了追求轻量化,由于制造过程几乎不计成本,所以在车上大规模应用碳纤维组件甚至整车使用碳纤维材料完全不是难题。

 

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