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碳纤维到底是什么材料?

信息来源:www.alliedexteriors.net  |   发布时间:2019年10月17日
碳纤维到底是什么材料?

碳纤维,大家都听说过,对于我们来说它是一种既熟悉又陌生的高性能材料,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,防弹车上的高端材料。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,涂着黑漆,故意露出黑色编制花纹的碳纤维组件,开着就是拉风。


纤维材料超轻,柔软的特性,怎么做成坚固的汽车部件的?碳纤维昂贵的价格用在汽车上怎么降低成本?

碳纤维技术最好的是日本和美国,日本是世纪上碳纤维生产最大的国家,日本碳纤维产能占世界一半。

1880年爱迪生发明了碳纤维,没错就是那个发明灯泡的爱迪生。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。

作为增强材料的碳纤维和基体材料的树脂组成了碳纤维复合材料。碳纤维用在汽车框架,座椅,机舱盖,传动轴,后视镜等车身上,汽车用碳纤维有几大优势:

轻量化:目前很火的电动汽车,由于受限于电池技术续航里程短成为制约其发展的瓶颈,就只能从车身结构和材料替换上解决。碳纤维复合材料重量比钢轻3/4,比铝轻1/3,最直接的影响是续航里程长,更加的节能。

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:汽车上一些配件要求耐腐蚀,要经过高温,低寒,烟雾的考验,普通金属件不能保证不同环境下的使用寿命。碳纤维不存在腐蚀和生锈问题,就增强了汽车部件的使用寿命。

碳纤维的制造过程

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。


原理就如同把一张纸完全粘贴成一叠厚厚的纸堆,纸堆就会变得坚固。


提到碳纤维我都会想到是坚固,轻便并且价格昂贵(相对于钢材和铝产品)例如用在F1赛车等高端产品上,但现在有在民用汽车上,其实碳纤维是广义的物质统称,衍生出来的复合类材质很多。

不同的复合材料根据碳化率不同高温热处理温度成本也不一样,从而生不同碳纤维材料之间的价格也会相差很大。随着技术的发展,应用范围变大,更多资金的投入,回收再利用技术的成熟,碳纤维的成本会进一步下降。碳纤维复合材料在汽车上的应用会越来越多。

因此,碳纤维在汽车领域的应用会越来越广泛,将来汽车的排放会越来越低碳,而汽车本身将越来越“高碳”。未来颠覆汽车的两个技术就是,碳纤维新材料,智能化。


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