盤點汽車工業(yè)用碳纖維、芳綸、石墨烯的特性及應(yīng)用

　　

　　碳纖維的特性及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

　　

　　碳纖維的拉伸強度是高級鋼的四倍，同時還具有極高的柔韌性，這使其在飛機、航天器和跑車等應(yīng)用中得到了應(yīng)用。汽車中使用碳纖維的最著名的例子是雷克薩斯LFA，它主體結(jié)構(gòu)的65%使用了碳纖維。碳纖維的強度使其不僅可以用于制造車頂或后備箱蓋等車身部件，還可以用于制造一些機械部件或內(nèi)部部件，包括支柱或地板。

　　

　　

　　

　　為了用碳纖維制造零件，需要使用與最終產(chǎn)品形狀相對應(yīng)的模具。這些可以用四種不同的方式加工：第一種技術(shù)也是最耗費人力的一步是鋪設(shè)織物層，然后用樹脂手工浸透；第二種方法涉及使用所謂的預(yù)浸漬，或用樹脂預(yù)飽和的層；第三種技術(shù)是樹脂轉(zhuǎn)移成型，它包括用樹脂在模具中壓力填充已經(jīng)放置好的織物層。

　　

　　最后一種也是最快的方法稱為C-SMC（碳纖維增強片材模塑化合物），包括將樹脂與精細切割的纖維混合注入模具中。然而，使用這種方法制成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的缺點是最終產(chǎn)品的強度較低。在上述任何一種技術(shù)中，生產(chǎn)的最后階段都是在約180°C的溫度下對碳纖維部件退火數(shù)小時。一旦樹脂固化，就可以對零件進行機械加工。

　　

　　

　　

　　碳纖維具有許多優(yōu)異的性能，但許多人想知道它對人體健康的影響。成品、樹脂涂層碳纖維制品是完全安全的。碳纖維只有在切割的制造階段才會產(chǎn)生有害影響。切割產(chǎn)生纖維粉塵會引起皮膚刺激和損傷，從而導(dǎo)致進一步的感染。這就是為什么每天使用碳纖維產(chǎn)品的人都要穿上合適的防護服和配備特殊過濾器的口罩。

　　

　　凱夫拉纖維的特性及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

　　

　　Kevlar，也被稱為芳綸纖維，它是20世紀60年代在美國偶然發(fā)明的一種合成聚合物。當時，一組研究人員正在尋找一種輕質(zhì)高強的材料，來取代輪胎中的橡膠，從而減少汽油消耗。結(jié)果是發(fā)明了一種具有高度顆粒有序性的非常強的聚合物，比鋼輕五倍多，抗拉強度高達3620MPa。

　　

　　在汽車應(yīng)用中，它廣泛用于輕型賽車和高性能汽車車身的構(gòu)造，但不僅如此，它也可以在流行的車型中找到，在這些車型中，它可以用于加固正時皮帶和散熱器軟管等關(guān)鍵部件。在賽車運動中，它作為特殊襯片的一個組成部分，還具有保護離合器的重要功能。

　　

　　

　　

　　Kevlar纖維摩擦襯即使在高溫下也非常耐用，因此它可以輕松地將更多扭矩傳遞給大功率發(fā)動機，例如跑車或越野車中使用的發(fā)動機。它提供了比傳統(tǒng)襯片更長的離合器壽命，因此建議在惡劣的操作條件下使用。

　　

　　石墨烯、發(fā)泡聚丙烯在汽車工業(yè)中應(yīng)用

　　

　　石墨烯是一種超級材料，現(xiàn)代科學(xué)尚未充分探索其所有可能性。這種材料具有由碳元素組成的二維結(jié)構(gòu)，形成完美的六邊形圖案，比碳纖維和Kevlar更輕、更堅固。一平方公里的石墨烯重量只有757克，但它非常靈活，具有優(yōu)異的電學(xué)性能。它不僅是生產(chǎn)超輕機身的理想材料，而且在未來，它還可以用于生產(chǎn)高效電池，甚至卷式觸摸屏顯示器。目前，石墨烯在汽車行業(yè)的最新應(yīng)用包括生產(chǎn)防腐汽車涂料、輪拱，以及輕型單座賽車的實驗鍍層。據(jù)說，用于生產(chǎn)這種材料的石墨烯比碳纖維輕20%，強度是鋼的200倍。

　　

　　

　　

　　在汽車工業(yè)的材料創(chuàng)新中，不可能缺少膨脹聚丙烯EPP，這種材料最初在建模和后來的汽車保險杠結(jié)構(gòu)中獲得了特別的認可。這種材料的輕質(zhì)泡沫結(jié)構(gòu)由95%的空氣組成，因此EPP汽車部件比傳統(tǒng)塑料制成的部件輕約50%，但它們非常堅固。機械阻力和最小重量的結(jié)合使EPP有時被比作碳纖維。它的一個重要特征就是所謂的形狀記憶。它在撞擊下不會永久變形，而是恢復(fù)到最初的形狀。由于這一特點，它已經(jīng)徹底改變了負責安全的部件的生產(chǎn)，如頭枕、座椅底座、汽車支柱和車門面板。由于其優(yōu)異的絕緣、聲學(xué)和電學(xué)性能，該材料在電動汽車電池組的生產(chǎn)以及儲氫方面也有著未來的應(yīng)用。EPP部件的制造過程非常簡單，只需發(fā)泡聚丙烯樹脂，然后在低壓下將泡沫注入模具。值得強調(diào)的是，從經(jīng)濟角度來看，該材料是工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的最佳材料，并且在許多品種的原材料生產(chǎn)商中廣泛可用。

　　

　　

　　

　　結(jié)束語

　　

　　碳纖維、石墨烯和凱夫拉等材料由于價格相對較高，目前在汽車工業(yè)中還沒有大規(guī)模量產(chǎn)。相比之下，EPP部件的注射成型是一種眾所周知且易于獲得的技術(shù)，即使具有非常復(fù)雜的形狀或具有不同材料的附加插件，也能夠快速且經(jīng)濟高效地制造可重復(fù)的部件。