在于上海舉行的第四屆中國國際進口博覽會（CIIE）上，Apollo Future Mobility集團有限公司（以下簡稱AFMG）凸顯了其全新超跑Apollo Intensa Emozione的全碳纖維單體結構。



通過采用先進技術與復合材料，設計師們創造了一種訂制的全碳纖維底盤，除單體結構外，該底盤還含有子結構和防碰撞結構。



該新的底盤滿足并超越了FIA LMP2安全要求，擁有一個碳纖維的單體艙，能為駕駛員提供保護而不需要防滾架。



該底盤由手工制成，采用了一種高質量的熱壓罐預浸料和先進的碳纖維技術。此外，燃料電池被安裝在集成到該單體結構中的一個碳纖維/凱夫拉的安全艙內，確保了燃料電池在發生撞擊時受到保護。



碳纖維是如何制成的？



對于需要穩定且輕便的組件（例如用于汽車工程），碳纖維是非常理想的。這就是為什么碳纖維用于航空航天工程以及飛機，輪船和自行車的構造的原因。在汽車制造中，碳纖維與之前的許多材料一樣，已從賽車發展到大規模生產。因為節省下來的每一盎司重量都屬于賽車運動，所以輕巧的結構是開發賽車的基本前提之一。



碳制成的組件具有這種材料特有的織物結構，在視覺上引人入勝。碳纖維的定制選項范圍非常廣泛-從引擎蓋到內部和外部的設計元素，再到擴散器。



碳纖維是用于汽車制造的碳復合材料，用于制造的成分是碳纖維和由熱固性塑料制成的支撐結構，稱為基質。這可以由各種材料制成，例如合成樹脂?；|用于連接纖維并填充纖維之間的空間。由于合成樹脂在室溫下長時間放置后將開始交聯，因此它會以-0.4°F（-18°C）的溫度纏繞在線圈周圍而儲存。在下一步處理之前的一天左右將其加熱到室溫。



碳纖維本身非常細-它們通常僅占人發寬度的十分之一。纖維鋪設的方向對穩定性至關重要。碳結構僅在纖維方向上非常堅硬。在結構組件的下一步中，將這些單根細絲中的約50,000條組合成稱為粗紗的纖維束并卷起來。對于可見的碳元素，大約有3,000根細絲。然后將粗紗用于制造具有不同纖維方向的扁平紡織品，以實現所有方向的剛性。當一個放在另一個的頂部時，它們形成堆棧。



然后將它們放入模具中，然后“烘烤”。在這個稱為高壓釜步驟的工藝步驟中，熱固性基體在248°F（120°C），高壓和大約兩個小時的時間里硬化。樹脂交聯，使組件具有最終形狀。結果是碳纖維汽車部件可以根據需要連接在一起以形成更大的元素（車身元素）。然后在可見的零件上涂上透明的清漆-這樣可確保碳形態的特征結構保持可見，同時保護材料。



可見碳零件大部分是手工制造的，這是一個耗時的過程。生產單個組件可能需要一整天的時間。在高壓釜中進行準備，切割，固化，脫模，研磨，上漆–這些都需要時間。但是，它們也保證了極高的質量和獨家性。



碳纖維車輪成“減重神器”



需要指出的是，碳纖維在汽車行業并不是什么新鮮事物，在汽車車身及多個部件上早已得到應用，例如2013年上市的寶馬i3的車身、底盤等部位就采用了碳纖維材料。



當前，隨著汽車行業加快向電動化轉型，一些制造工程上的挑戰正從內燃機汽車轉移到電動汽車上。減重、改善空氣動力學性能和降低噪聲，這可能是當代汽車工程師在研發電動汽車時面臨的三大非動力系統挑戰。與內燃機汽車相比，電動汽車的零部件少得多，但它們并不一定比內燃機汽車更輕。事實上，很多電動汽車比同級的內燃機汽車更重，因為它們配裝了“大塊頭”電池組。例如，通用汽車不久前推出的全新GMC悍馬電動皮卡重量高達9046磅（約合4.1噸）。



另外，近年來，不少越野車和皮卡的輪轂尺寸和重量都在大幅增加。一些大型SUV的輪轂尺寸為22英寸（約合55.9厘米），個別甚至超過30英寸（約合76.2厘米），這就使得一個車輪的重量達到近100磅（約合45公斤），也就是說一輛車的車輪重量就達到400磅（約合181公斤）。不少車企在為新車配裝更大的輪轂和輪胎。例如，雪佛蘭在今年8月中旬發布了一款新車預告，稱基于通用Ultium電動汽車平臺打造的雪佛蘭索羅德電動皮卡將搭載四輪轉向系統，并可選裝24英寸（約合61厘米）大輪轂。



在這種情況下，碳纖維在車輪上的減重引發業內關注?？偛课挥诎拇罄麃喌腃arbon Revolution（碳革命）是一家技術較為領先的一體式碳纖維復合材料汽車車輪制造商，其首席執行官杰克·丁格爾表示，碳纖維輪轂較鋁制輪轂要輕40％～50％，一套碳纖維輪轂可以使車輛減重88～110磅（約合40～50公斤）。這是一個相當大的數字，畢竟底盤和車身工程師為了減輕1公斤重量都要絞盡腦汁。



當前，不少全球享有盛譽的經典跑車在都使用碳革命公司的碳纖維復合材料車輪，例如福特野馬謝爾比GT350R、法拉利488 Pista等高端跑車。其中，前者將原本每個重14.98公斤的鋁合金輪轂替換成8.17公斤的碳纖維輪轂后，全車減重27.24公斤，從而顯著改善了車輛的操控性能。價格方面，福特野馬謝爾比GT350R跑車采用的一套碳纖維車輪售價約為1.5萬美元。



“雖然現在碳纖維車輪看起來就像車輪界的‘魚子醬’，但我們希望通過規模經濟來降低成本，讓它變得更加普及?！倍「駹栴A測，通過增加產量、降低成本，到2035年，碳纖維輪轂將從鋁制輪轂那里奪得15％的市場份額。



碳纖維在汽車行業的常見應用



碳纖維復合材料在汽車制造領域有著一段時間的應用經驗，從專業賽車到家用車中，都可以看到碳纖維復合材料的身影。但由于碳纖維成本和回收技術原因，碳纖維復合材料并未在汽車市場中實現大面積應用，目前能夠實現批量化生產的碳纖維汽車零部件主要有以下幾種。



1.碳纖維汽車電池箱體



動力電池是新能源汽車的重要動力部件，而電池箱體作為保護電池的承載件，一般被安裝在汽車下部，用來保護鋰電池不受外界侵蝕損傷。傳統電池箱體采用的是金屬材質，會加大新能源汽車的自重，降低汽車續航能力。碳纖維復合材料輕質高強，用于制作汽車電池箱體輕量化效果明顯。以博實為某汽車品牌定制的碳纖維汽車電池箱體為例，與原金屬材質箱體比較，質量減少了60%，這對于降低汽車能耗、增加續航能力有著很好的提升作用。碳纖維復合材料的耐腐蝕性、低蠕變和抗老化等優秀性能，對于電池的保護也起到很好的作用。



2.碳纖維汽車座椅



我們在生活中所遇到的汽車座椅內部支架結構多為鋼鐵結構，質量較為笨重，內部減震裝置多為彈簧，時間久了彈簧容易生銹，減震效果會大大降低，同時又造成大量資源浪費。碳纖維復合材料座椅骨架具有耐沖擊、耐腐蝕、強度高、耐疲勞等性能優勢，不僅能充分滿足復雜工況要求，而且安全系數更高。



3.碳纖維后視鏡



外殼碳纖維復合材料也能夠用來制作汽車的后視鏡殼，但輕量化意義并不大，主要是為了滿足客戶對于碳纖維車品的需求，起到一個美觀的作用，類似的部件有碳纖維汽車車牌框，碳纖維汽車內飾件等。



4.碳纖維防撞梁與吸能盒



防撞梁與吸能盒是碰撞發生時保險杠系統吸收能量的主要部件，傳統的防撞梁和吸能盒一般由鋼、鋁等金屬材料制成，這在一定程度上限制了車輛的輕量化水平。碳纖維復合材料面對沖擊時的能量吸收率非常高，甚至比鋼、鋁等材料要高出4倍以上，因此非常適合用于汽車容易發生撞擊的部位，如正面的防撞梁以及吸能盒。使用碳纖維材料制作汽車吸能盒，不僅使構件質量比原金屬材料降低60％-80％，還能使彈性變形成為低速碰撞下的主要變形形式，增加能量吸收率。



碳纖維汽車防撞梁隨著碳纖維定制技術的不斷成熟，碳纖維復合材料在汽車的整體構造中也會占有越來越多的比例，這對于汽車輕量化有著非常積極的作用，并且符合可持續發展的整體需求。



文章來源：PT現代塑料，世界十佳變速器評選，碳纖維復合材料，中國汽車報