追求車用輕量化 碳纖維(CF)材料有更大的發展空間

  為了提高車輛燃油效率和車輛性能,制造出輕量化車型,汽車業已經投入了大量的財力;然而,對于制造商和供應商來說,這種探索永遠是挑戰。
  如今,幾乎所有的汽車零部件中都有先進材料的身影。鋁、塑料、高強度鋼、鈦合金、碳纖維、聚合物復合材料等正在代替鑄鐵和普通鋼制成的部件。大多數汽車制造商正在考慮用高強度鋼作為車身面板和車架前端模塊的主體結構
  。目前,碳纖維復合材料已經應用在車身面板上,但北美、歐洲的制造商則和亞洲制造商考慮的有所不同,北美和歐洲的汽車制造商主要考慮在車身結構中使用碳纖維,而亞洲的制造商正在探索將碳纖維應用在內部結構中。盡管如此,在北美、歐洲和亞洲地區鋁、鎂和鈦合金被廣泛應用在小型車身部件、動力系統和底盤上。
  盡管高速鋼和鋁有各有所長,但在減輕重量方面,碳纖維(CF)材料有更大的發展空間。而它的主要問題仍然是成本過高。一方面,碳纖維在航空業中的份額一直在增加,(主要是減少燃料成本,增加貨運量和載客量),而在汽車行業中的主要用于車輛的外殼、防護罩、框架和內部面板。目前的制造廠商已經使用碳纖維來降低車重,提高車輛性能與效率,但是較高的材料成本和回收技術花費,使得難以進行汽車的量產。
  另一方面,材料的電阻和剛度也是一個缺點,使其在碰撞過程中更易變形而難以吸收能量。 通過研究先進的材料(如鈦合金,鎳基合金和金屬基復合材料)顯示,這些材料具有獨特的性能,而這些性能是其他材料(如鋁,鋼或復合材料)不具備的。這些性能這使得它們在成為發動機和傳動部件中的理想選擇。目前對這些材料(仍在粉末形式)大多數的研究限于實驗室中,但實現商業上的批量生產還是比較困難的。
  目前汽車制造業已經在車身結構中使用多種材料的混合物。加入這些材料要求制造商不得不長時間考慮這些輕量材料和原有材料的轉換。然而公司必須投資于新技術和機械,把這些材料有效地整合到現有的制造工藝和價值體系中。這對于公司來說是一把雙刃劍。一方面,隨著經濟的不確定性不斷增長,對新資本投資的增長也越來越大。另一方面,改進燃油的經濟性和控制排放保護環境也是行業的發展趨勢,要想滿足這些要求輕質材料則是必不可少的。目前關于如何選用先進材料,汽車業也開始向航空業中取經。對于汽車專業人士來說,他們需要的較長的周期來學習碰撞仿真、材料失效機理、裝配技術以及工程和知識的復合設計。而且為了分析這些先進材料的優點,設備制造商也需要了解汽車預計維修費用以及評估汽車的生命周期。
  盡管制造商在鋼材、鋁材等材料的研發與生產進行了大量的投資,但他們也必須與供應商的合作,大限度地利用這些輕量材料。目前情況下好的選擇是高強度鋼和鋁,但是尋找更優的輕量材料是永遠不會停止的。
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