納米纖維增韌膜在碳纖維汽車復合材料沖擊吸能的應用淺析
人類在追求速度是沒有極限的,汽車也在不斷嘗試突破更快的時速,但是碳纖維復合材料沖擊吸能安全性是設計人員要考慮的問題。

2014年銀石賽道碳纖維法拉利賽車
如2014年銀石賽道萊科寧的事故,其中一輛全身碳纖維增強復合材料法拉利賽車以每小時240公里的速度急速撞到賽道中的防護墻,瞬間的沖擊力高達47g,隨后被彈回賽道,然后再撞到了對面的護欄上,后賽車駕駛員只是略受輕傷,自己爬出了賽車。但如果這是一輛普通的金屬汽車,那么賽車手的安全性可想而知。相對于傳統金屬材料,碳纖維賽車在性能和安全保障方面有著跨越式的優勢。

寶馬7系車身碳纖維應用
無論是賽車還是民用汽車,核心的市場定位就是碳纖維復合材料沖擊吸能安全性和速度。對于賽車車身和其他可減輕重量的結構件,我們希望能有一種強度和韌性都很好的材料,既結實又不容易碎,碳纖維與一般的鋼材對比,即有超過鋼的強度,又有一定的斷裂韌性,如我們熟知的鉆石和玻璃,強度相當高,但是韌性非常低,一碰就碎,一砸就爛。另外橡膠材料,比如我們常見的輪胎,韌性很好,輕易不會斷裂,但是沒有鋼的強度。
圖中縱軸 Strength 就是抗拉強度,而橫軸 toughness 就是斷裂能量,右上角深紫色的 composites 纖維復合材料和淡紫色的 metals and alloys 金屬材料。由此圖我們可以看到,FRP 碳纖維增強復合材料和傳統的金屬材料的韌性,抗沖擊性相差不大。比如同樣是金屬材料,銅的韌性強于鋼材,但是強度卻明顯低于鋼材,而低合金鋼的強度相比鋼材有大幅提升。

碳纖維和鋼材韌性基本類似沒有明顯
汽車在碰撞中會產生很大的沖擊力,如果材料有較好能量吸收能力,這樣會使傷害降至低。這就需要提供碳纖維韌性增強的能力,國內外有著較多的研究和試驗,歐洲正在使用一種如大連義邦Xantu.Layr納米韌性增強纖維膜在F1一級方程式賽車和超級跑車的碳纖維預浸料中,目的是為提高增韌及抗沖擊性能。Xantu.Layr很容易被樹脂浸濕,與環氧樹脂和聚酯樹脂系統兼容從而降低了脆性,同時也增加了環氧樹脂在復合材料增強層之間的裂紋吸收特性。在某些情況下,添加納米纖維可以將抗分層性提高170%,碳纖維復合材料沖擊吸能提高20%。

Xantu.Layr納米韌性增強纖維膜
隨著碳纖維汽車市場的穩步發展,品牌汽車企業在經過數年市場歷練、技術積累、產業升級后,紛紛推出高端品牌。從環境角度考慮,汽車輕量化可以節約1/4油耗,碳纖維增強復合材料能更加提高汽車輕質高強的特點,在此之后,這種使得賽車變得更輕、更快、更安全的材料再也沒有離開過汽車的舞臺。










































