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碳纖維車身真的那么好嗎,有什么缺點?
不知從什么時候開始,車友們議題起碳纖維就高潮,大家都開始換碳纖維方向盤,碳纖維內飾板,碳纖維啥啥的,換不起真碳貼貼紙也要貼。其實碳纖維已不是什么新型材料了,大家可以理解為把碳做成碳條或者說碳絲像織毛衣一樣編織在一起形成一張網,再通過樹脂等固化劑將其固化,形成一個堅固的表面。由于其極輕和富有韌性的特性和高昂的價格被人所追捧,在自己的愛車上點綴點碳纖維的東西顯得特高端特運動。
其實說起碳纖維車身,也分幾種,僅僅車殼是碳纖維的,還是整個車身結構(包括車架)都是碳纖維的。第一種也就是樓主圖二發的這個大學生方程式的圖,其實只是車身外殼是碳纖維的,車身主要結構還是鋼管桁架結構,這樣可以達到減輕車重的效果,但對于增加整個車身剛度沒有太大作用。
第二種是整個車身結構都是碳纖維的,比如樓主圖一所發的蘭博基尼或是寶馬i3還有就是f1方程式,都屬于整個車身結構從車架到車殼都是碳纖維一體的,成為單體殼。這種設計可以起到減輕重量,增加剛度,增加整個結構的韌性的效果。 碳纖維的強度高于超高強度鋼2倍以上,比鋁輕30%、比鋼輕50%,強度卻是鋼的7至9倍。用碳纖維制造車身有更強的吸震性。但碳纖維除了成本極其高昂以外也幾乎無法維修,小撞一下普通車可以鈑金,但要是碳纖維車身,呵呵,直接換吧。
碳纖維不是什么新型材料,但是目前在汽車上的應用也不太多,更多的情況是人們在汽車外殼貼上仿碳纖維貼膜。
目前的碳纖維車身主要還是用于高端汽車以及賽道汽車上面,典型的就是寶馬的i3就用的是全碳纖維的車身,另外很多方程式賽車為了減重也有大量的部件用了碳纖維的材料。就目前而言,碳纖維的成本對于應用碳纖維是一個較大的限制。下面說一下碳纖維車身的好處。
碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量的纖維。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維是一種力學性能很好的材料,雖然密度不到鋼的1/4,但是碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上,而一般的車用鋼材只有幾百Mpa的抗拉強度,也就是說同樣截面積的材料,碳纖維可以承受的力超過鋼材好幾倍。
所以,把碳纖維應用在車身制造上可以很大程度上減輕汽車的重量。目前鋼鐵材料約占車體重量的3/4,如果汽車的鋼材部件全部由碳纖維復合材料置換,車體重量可減輕300kg,燃油效率提高36%,二氧化碳排放量可削減17%,這是汽車輕量化的巨大的進步,要知道在汽車上即便只減一公斤很多時候都需要費很大的努力。此外,碳纖維的復合材料還具有耐高溫,耐候性強,可設計性強的特點。
說了這些碳纖維復合材料的優點,那碳纖維復合材料車身有沒有缺點呢?答案肯定是有的,不可能有什么材料會是完美的。碳纖維材料的一大缺點就是其可塑性差,我們知道目前的車身很多時候在發生了碰撞之后是可以修復的,這主要是因為鋼鐵等金屬材料有延展性,可以發生大的變形而不破壞。而碳纖維復合材料的車身可就不這樣了,如果車殼使用了碳纖維復合材料,那么發生碰撞后就無法修復,只能對整體進行更換,因此可回收性和成本會不如鋼鐵等材料。另外碳纖維復合材料的基體樹脂的耐久性不如金屬材料,時間久了就會出現發脆,變色等現象。
當然了,隨著碳纖維材料成本的進一步下降和工藝的改進,碳纖維材料無疑會有更多的應用。
寶馬帶頭,剛柔并濟,汽車碳纖維時代已經到來?
汽車行業有兩大永恒的主題,一個是新能源,一個是輕量化。碳纖維的車身,主要于汽車輕量化有關。
為什么要輕量化
輕量化,即保證汽車安全的前提下,盡可能的減少汽車重量。為什么汽車需要減重?見下圖:
汽車減重,伴隨著油耗和排放的降低,加速和操縱性能的提升,由于制動距離縮短,也一定程度上提升了安全性。道理其實很簡單,人太胖了,就需要減肥,才能更加靈活和健康。
輕量化材料
常見的輕量化材料分為金屬和非金屬。金屬材料主要包括高強度鋼、鋁合金、鎂合金,鈦合金等;非金屬材料包括工程塑料和復合材料等,其中就有我們即將閃亮登場的碳纖維。
比較一下幾種常見的輕量化材料,如下:
備注:比強度越高,表明達到相同強度所用材料質量越輕;比模量越大,材料的剛性就愈大。
可以看出,碳纖維除了價格比較高以外,由于其兼具碳材料和纖維的雙重優良特性,質量比鋼、鎂、鈦、鋁輕,但強度和模量更高,可謂是“剛柔并濟”。
碳纖維
那么碳纖維究竟是什么?先來一張圖,下圖為邁凱倫MSO 12C概念車上所采用的碳纖維,很有質感。
碳纖維,是一種含碳量在95%以上的纖維材料,由片狀石墨堆砌而成,經碳化及石墨化處理而得到。
除了上文中提到的優點,碳纖維還具有較好的模態(提高整車NVH性能),設計自由度大集成能力強(大量減少零件個數和裝配工序),很好的能量吸收率(提升整車碰撞吸能能力),高的震動阻尼(提高整車疲勞強度)等特點。
但同時,碳纖維也有缺點,而且還不小,就一個字,貴。其“黑色黃金”的稱號就是這么來的。
寶馬打頭陣,蘭博基尼說不?
目前市場上鋁合金的車身應占主流,很多車型如奧迪A8、捷豹XFL、特斯拉等均已采用全鋁車身。
而實現大規模采用碳纖維,已經實現商業化的汽車當屬寶馬,如下圖,寶馬7系730Li的車重只有1830kg,甚至比全鋁車身的奧迪A8L 30FSI還要輕90kg。
值得指出的是,碳纖維的應用是寶馬用來宣傳的一個賣點,下圖在寶馬七系B柱上標注的Carbon Core(碳纖維內核)熠熠奪目。
其實寶馬已經不是第一次這么干了,之前在i3電動和i8混合動力車型中,碳纖維已經成為其車身架構的主要材料。
在寶馬的帶領下,各大主機廠對碳纖維的應用和研發也在如火如荼地進行著。但是,在眾多車企中,卻有一家不是這樣。
據外媒報道,上周一(12月4號),曾以采用碳纖維而聞名的蘭博基尼推出了一款SUV,起名叫“URUS”,其車身重量低于5000磅,但是采用的卻是鋼和鋁兩種材料,這一突然的掉頭轉向,是特立獨行還是另有隱情?引人深思。
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碳纖維的優點有很多:
首先碳纖維的比重小于合金,用碳纖維做車身可以減輕車身重量,增加車體的性能
其次碳纖維的強度較高,用碳纖維做的車身比普通合金車體更加結實、堅固。
最后,碰撞的時候,碳纖維會粉碎性斷開,從而吸收撞擊能量,保護駕駛者,就安全性而言,碳纖維比普通合金要好。
除了以上優點,碳纖維自然有它的不足之處
首先當然是價格,畢竟算得上是高科技材料,無法像普通合金一樣做到普及,也就目前市面上一些高級車型會用到一些碳纖維結構。但是要說用整個碳纖維的車架,那是頂級超跑才能享受的待遇。
其次就算針對碳纖維車架而言,普通合金車架要說發生碰撞做個鈑金就行,碳纖維的話,整個換新吧。
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