時間:2024-06-20 來源:
五盞紅燈熄滅,引擎聲震耳欲聾。4月21日,F(xiàn)1中國大獎賽在滬落幕,10支車隊在56圈的激烈角逐中上演“速度與激情”。最終,紅牛車隊荷蘭車手維斯塔潘以1小時40分52秒554的成績奪冠。

F1中國大獎賽比賽現(xiàn)場
F1卷起汽車輕量化“颶風(fēng)”
F1的火熱,不僅讓車手與車隊收獲大量關(guān)注,從F1賽車車身上的碳纖維材料、到高性能復(fù)合材料輪胎,賽場上的極致速度呈現(xiàn),也讓汽車輕量化材料再次迎來高光時刻。
F1賽車作為民用車新技術(shù)的“試驗田”,其許多尖端科技,也深刻影響著家用汽車設(shè)計,輕量化也不例外。從底盤、車身、發(fā)動機(jī)到新能源車三電系統(tǒng),無論是賽車、超跑、還是民用汽車領(lǐng)域,復(fù)合材料因其輕質(zhì)高強(qiáng)等一系列優(yōu)異性能,已成為汽車輕量化發(fā)展的主要選材。
比亞迪仰望U9采用“超級碳艙”碳纖維安全車身架構(gòu),顯著提升車輛的性能。
廣汽埃安昊鉑SSR采用了100%碳纖維全覆蓋車身,并在方向盤、前內(nèi)飾板等部位也大量使用了碳纖維材料,充分發(fā)揮了復(fù)合材料在提升汽車性能方面的優(yōu)勢。
奧迪A8配備的兩個電動可調(diào)節(jié)的獨立后排座椅,其外殼使用了復(fù)合成型工藝制造, 與鋼板相比,重量減輕45%。
大眾阿特拉斯和途昂SUV的前端模塊使用了連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料嵌件,比用鋼板制成的嵌件約輕50%,還可承受更高的應(yīng)力。
保時捷911敞篷版中使用的輕質(zhì)A柱、梅賽德斯—奔馳GLE SUV的前端支撐中的兩個焊接復(fù)合半殼。
長安福特車門基板、保時捷帕拉梅拉與賓利歐陸GT的全塑料剎車踏板等都使用了復(fù)合材料。
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常見汽車用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料
01
汽車用碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料(CFRP)
碳纖維復(fù)合材料具有更高的輕量化效果、高結(jié)構(gòu)承載能力、抗沖擊吸收能力,可以實現(xiàn)大型部件整體成型等優(yōu)勢。密度約為1.6g/cm3,不足鋼材密度的1/4,同時擁有優(yōu)異的力學(xué)性能、環(huán)境耐候性、尺寸穩(wěn)定性、可設(shè)計性、高吸能效率及減震性,在碰撞中的能量吸收能力是鋼或鋁的4-5倍,用于車身結(jié)構(gòu)部件具有良好的碰撞安全性。在汽車上運用最多的地方就是車身,諸如引擎蓋、車架、車頂框架及加強(qiáng)筋、A/B/C/D立柱及車門、擾流板、頂板、翼子板等。

碳纖維汽車電池保護(hù)箱

豐田“GR 雅力士”車頂
02
汽車用玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(GFRP)
玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,是由玻璃纖維和樹脂組成的復(fù)合材料,基體材料通常選擇熱固性樹脂(環(huán)氧樹脂、聚氨酯),熱塑性樹脂(PP、PA、PET、PBT)。具有優(yōu)異的強(qiáng)度、彎曲性、抗沖擊性、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性等特點。GFRP的相對密度通常在1.5~2.0 g/cm3,只有碳鋼的1/4~1/5,低于鋁材的2.7 g/cm3,但其拉伸強(qiáng)度卻接近甚至超過碳素鋼。


GFRP復(fù)合材料板簧
03
汽車用玄武巖纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(BFRP)
玄武巖纖維具備強(qiáng)度高、耐高低溫、耐久性好、耐腐蝕、不吸水、介電性能好、可防輻射、良好的透波和吸波性能、性價比適中的特點,常用于增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。BFRP密度在2.1g/cm3左右,與鋁合金產(chǎn)品相比,玄武巖纖維復(fù)合材料新能源汽車電池殼體,可實現(xiàn)減重30%~50%,且耐腐蝕、隔熱防火。玄武巖纖維復(fù)合材料汽車板簧產(chǎn)品在達(dá)到相同使用性能的同時,可較傳統(tǒng)金屬板簧減重50%-70%,疲勞壽命是金屬板簧的5倍。

玄武巖纖維復(fù)合材料電池箱

玄武巖纖維復(fù)合材料汽車板簧
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汽車用天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(NFRP)
天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一般使用聚酯或聚丙烯為基體樹脂,使用木纖維、麻纖維和其它天然纖維(秸稈、竹子、甘蔗、椰殼等)為增強(qiáng)材料?;w樹脂價格低廉,纖維原材料來源廣泛、價格也都非常低,所以天然纖維復(fù)合材料有其它復(fù)合材料無法比擬的價格優(yōu)勢。而且,天然纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度還高于玻璃纖維復(fù)合材料.
采用天然纖維復(fù)合材料代替玻璃纖維復(fù)合材料制造汽車零部件可以實現(xiàn)5%~15%的輕量化。生產(chǎn)的產(chǎn)品有:轎車的門內(nèi)板、行李廂、頂棚、座椅背板、衣帽架、儀表盤;以及卡/客車的車廂內(nèi)襯板、門板、頂棚、座椅背板等。

寶馬集團(tuán)研發(fā)部門與Bcomp合作開發(fā)的天然纖維復(fù)合材料零部件
武漢先進(jìn)院纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)布局

針對汽車輕量化的發(fā)展趨勢,武漢先進(jìn)院作為一家專注于新材料研發(fā)的新型研發(fā)機(jī)構(gòu),面向市場應(yīng)用需求,致力于輕量化及功能化復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)開發(fā),已在摩擦材料、輕質(zhì)耐沖擊熱塑性復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)合材料等方面開展了廣泛的應(yīng)用研究,掌握核心生產(chǎn)制造技術(shù)與應(yīng)用技術(shù),并積極推動相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
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