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碳纤维汽车配件可以取代金属配件

编辑:中山巾尚复合材料科技有限公司时间:2019-04-03

碳钎维汽车配件的原料是“外柔内刚”的高强度轻质的碳钎维材料,1861年,爱迪生把碳丝作为灯丝材料,成功发光45小时,把人类带进电灯时代,随着灯泡中碳丝被钨丝替代,碳丝被丢进历史角落近一个世纪。

直至20世纪50年代,美国空军在寻找耐烧熔材料时得知碳熔点高达3727℃并具有耐高温、高强度特性,便将碳丝再次请进实验室,发明了碳纤维。

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向堆砌而成、经碳化和石墨化处理而形成的微晶石墨材料。

碳钎维汽车配件“外柔内刚”,重量比金属铝小,强度却高于钢铁,并且在有机溶剂、酸和碱中不溶不胀,耐腐蚀特性突出。它具有碳材料的固有本质特性,兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。

碳钎维汽车配件耐疲劳,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小,导电导热性能良好,电磁屏蔽性好。树脂、固化剂等材料按照一定比例混合,然后再浸润碳纤维面料,经过一系列固化处理,便形成碳纤维复合材料。这种材料具有传统金属材料所没有的优点。

加厚版碳纤维布的柔韧性非常差,几乎跟刚性材料差不多。其原理就如同将纸片粘贴成一叠厚厚的纸堆,纸堆就会变得坚固。这就是碳纤维从纸般柔软到钢铁般强硬的质变过程。

低密度让碳纤维更是被广泛地用于摩托车以及大型飞机制造。比如,空中客机A350与A380、波音787均用碳纤维复合材料来降低油耗。另外,大型风力发电机叶片、赛车和高端自行车车身业大量使用碳纤维复合材料,这是碳纤维复合材料需求量增加的重要原因。

碳纤维两大软肋:高成本和难回收

“推广运用碳纤维,技术问题不大,还是价格问题。另外,碳纤维大量使用以后的回收是一大难题。”希望业界人士系统地考虑碳纤维问题,碳纤维与环氧树脂结合成复合材料。这种复合材料继承了碳纤维本身的比强度、比模量、耐疲劳强度和吸能抗震性等一系列优点,同时继承了环氧树脂配方设计灵活多样等特点。与铝合金结构件相比,碳纤维复合材料减重效果可达20%至40%。与钢类金属件相比,碳纤维复合材料的减重效果可达60%至80%.应用碳纤维复合材料,能够减轻整车重量,更对汽车制造工艺产生深刻影响。

随着碳纤维复合材料在汽车上的用量增加,汽车制造四大工艺冲压、焊接、涂装和总装将发生变化。比如,冲压将被模压和锻造工艺替代;整车组装将不再需要那么多焊接;有些汽车甚至基本上不再需要涂装;整车变成几十个模块,组装节奏将会变得非常快。这样一来,总装线投入成本随之下降。因此,碳纤维复合新材料的大规模应用会降低汽车制造行业准入门槛。

碳纤维与一种塑料聚合树脂结合在一起,变成工业喜爱的坚硬且轻便的化合物材料。但是,在生产过程中,每一片化合物材料都由工人手动拆分,很浪费。

如果有人能够从垃圾填埋场分离出碳纤维,就可以回收碳纤维。碳纤维制造过程消耗大量能量。使用可回收碳纤维,还可以节省不少能量,关键是碳纤维并不像铝那样可以简单熔化和再塑型。碳纤维化合物以长而精确的碳纤维排列获得强度,再通过聚合物黏合在高温和高压下成型。一旦成型,大多数坚硬的聚合物将无法通过熔化、燃烧或化学溶解获得有价值的纤维。

在国际上,有的企业通过燃烧聚合物进行碳纤维回收,有的企业以化学处理方法回收碳纤维。无论用哪种方法,回收的碳纤维都比全新碳纤维大大减弱了承重能力。因此,回收的碳纤维经常用于网球拍和高尔夫球杆这样的重轻量、轻强度的产品生产。它仍旧是一种很好的材料,却并不比铝和低成本化合物材料表现更好。