在于上海举行的第四届中国国际进口博览会（CIIE）上，Apollo Future Mobility集团有限公司（以下简称AFMG）凸显了其全新超跑Apollo Intensa Emozione的全碳纤维单体结构。



通过采用先进技术与复合材料，设计师们创造了一种订制的全碳纤维底盘，除单体结构外，该底盘还含有子结构和防碰撞结构。



该新的底盘满足并超越了FIA LMP2安全要求，拥有一个碳纤维的单体舱，能为驾驶员提供保护而不需要防滚架。



该底盘由手工制成，采用了一种高质量的热压罐预浸料和先进的碳纤维技术。此外，燃料电池被安装在集成到该单体结构中的一个碳纤维/凯夫拉的安全舱内，确保了燃料电池在发生撞击时受到保护。



碳纤维是如何制成的？



对于需要稳定且轻便的组件（例如用于汽车工程），碳纤维是非常理想的。这就是为什么碳纤维用于航空航天工程以及飞机，轮船和自行车的构造的原因。在汽车制造中，碳纤维与之前的许多材料一样，已从赛车发展到大规模生产。因为节省下来的每一盎司重量都属于赛车运动，所以轻巧的结构是开发赛车的基本前提之一。



碳制成的组件具有这种材料特有的织物结构，在视觉上引人入胜。碳纤维的定制选项范围非常广泛-从引擎盖到内部和外部的设计元素，再到扩散器。



碳纤维是用于汽车制造的碳复合材料，用于制造的成分是碳纤维和由热固性塑料制成的支撑结构，称为基质。这可以由各种材料制成，例如合成树脂。基质用于连接纤维并填充纤维之间的空间。由于合成树脂在室温下长时间放置后将开始交联，因此它会以-0.4°F（-18°C）的温度缠绕在线圈周围而储存。在下一步处理之前的一天左右将其加热到室温。



碳纤维本身非常细-它们通常仅占人发宽度的十分之一。纤维铺设的方向对稳定性至关重要。碳结构仅在纤维方向上非常坚硬。在结构组件的下一步中，将这些单根细丝中的约50,000条组合成称为粗纱的纤维束并卷起来。对于可见的碳元素，大约有3,000根细丝。然后将粗纱用于制造具有不同纤维方向的扁平纺织品，以实现所有方向的刚性。当一个放在另一个的顶部时，它们形成堆栈。



然后将它们放入模具中，然后“烘烤”。在这个称为高压釜步骤的工艺步骤中，热固性基体在248°F（120°C），高压和大约两个小时的时间里硬化。树脂交联，使组件具有最终形状。结果是碳纤维汽车部件可以根据需要连接在一起以形成更大的元素（车身元素）。然后在可见的零件上涂上透明的清漆-这样可确保碳形态的特征结构保持可见，同时保护材料。



可见碳零件大部分是手工制造的，这是一个耗时的过程。生产单个组件可能需要一整天的时间。在高压釜中进行准备，切割，固化，脱模，研磨，上漆–这些都需要时间。但是，它们也保证了极高的质量和独家性。



碳纤维车轮成“减重神器”



需要指出的是，碳纤维在汽车行业并不是什么新鲜事物，在汽车车身及多个部件上早已得到应用，例如2013年上市的宝马i3的车身、底盘等部位就采用了碳纤维材料。



当前，随着汽车行业加快向电动化转型，一些制造工程上的挑战正从内燃机汽车转移到电动汽车上。减重、改善空气动力学性能和降低噪声，这可能是当代汽车工程师在研发电动汽车时面临的三大非动力系统挑战。与内燃机汽车相比，电动汽车的零部件少得多，但它们并不一定比内燃机汽车更轻。事实上，很多电动汽车比同级的内燃机汽车更重，因为它们配装了“大块头”电池组。例如，通用汽车不久前推出的全新GMC悍马电动皮卡重量高达9046磅（约合4.1吨）。



另外，近年来，不少越野车和皮卡的轮毂尺寸和重量都在大幅增加。一些大型SUV的轮毂尺寸为22英寸（约合55.9厘米），个别甚至超过30英寸（约合76.2厘米），这就使得一个车轮的重量达到近100磅（约合45公斤），也就是说一辆车的车轮重量就达到400磅（约合181公斤）。不少车企在为新车配装更大的轮毂和轮胎。例如，雪佛兰在今年8月中旬发布了一款新车预告，称基于通用Ultium电动汽车平台打造的雪佛兰索罗德电动皮卡将搭载四轮转向系统，并可选装24英寸（约合61厘米）大轮毂。



在这种情况下，碳纤维在车轮上的减重引发业内关注。总部位于澳大利亚的Carbon Revolution（碳革命）是一家技术较为领先的一体式碳纤维复合材料汽车车轮制造商，其首席执行官杰克·丁格尔表示，碳纤维轮毂较铝制轮毂要轻40％～50％，一套碳纤维轮毂可以使车辆减重88～110磅（约合40～50公斤）。这是一个相当大的数字，毕竟底盘和车身工程师为了减轻1公斤重量都要绞尽脑汁。



当前，不少全球享有盛誉的经典跑车在都使用碳革命公司的碳纤维复合材料车轮，例如福特野马谢尔比GT350R、法拉利488 Pista等高端跑车。其中，前者将原本每个重14.98公斤的铝合金轮毂替换成8.17公斤的碳纤维轮毂后，全车减重27.24公斤，从而显著改善了车辆的操控性能。价格方面，福特野马谢尔比GT350R跑车采用的一套碳纤维车轮售价约为1.5万美元。



“虽然现在碳纤维车轮看起来就像车轮界的‘鱼子酱’，但我们希望通过规模经济来降低成本，让它变得更加普及。”丁格尔预测，通过增加产量、降低成本，到2035年，碳纤维轮毂将从铝制轮毂那里夺得15％的市场份额。



碳纤维在汽车行业的常见应用



碳纤维复合材料在汽车制造领域有着一段时间的应用经验，从专业赛车到家用车中，都可以看到碳纤维复合材料的身影。但由于碳纤维成本和回收技术原因，碳纤维复合材料并未在汽车市场中实现大面积应用，目前能够实现批量化生产的碳纤维汽车零部件主要有以下几种。



1.碳纤维汽车电池箱体



动力电池是新能源汽车的重要动力部件，而电池箱体作为保护电池的承载件，一般被安装在汽车下部，用来保护锂电池不受外界侵蚀损伤。传统电池箱体采用的是金属材质，会加大新能源汽车的自重，降低汽车续航能力。碳纤维复合材料轻质高强，用于制作汽车电池箱体轻量化效果明显。以博实为某汽车品牌定制的碳纤维汽车电池箱体为例，与原金属材质箱体比较，质量减少了60%，这对于降低汽车能耗、增加续航能力有着很好的提升作用。碳纤维复合材料的耐腐蚀性、低蠕变和抗老化等优秀性能，对于电池的保护也起到很好的作用。



2.碳纤维汽车座椅



我们在生活中所遇到的汽车座椅内部支架结构多为钢铁结构，质量较为笨重，内部减震装置多为弹簧，时间久了弹簧容易生锈，减震效果会大大降低，同时又造成大量资源浪费。碳纤维复合材料座椅骨架具有耐冲击、耐腐蚀、强度高、耐疲劳等性能优势，不仅能充分满足复杂工况要求，而且安全系数更高。



3.碳纤维后视镜



外壳碳纤维复合材料也能够用来制作汽车的后视镜壳，但轻量化意义并不大，主要是为了满足客户对于碳纤维车品的需求，起到一个美观的作用，类似的部件有碳纤维汽车车牌框，碳纤维汽车内饰件等。



4.碳纤维防撞梁与吸能盒



防撞梁与吸能盒是碰撞发生时保险杠系统吸收能量的主要部件，传统的防撞梁和吸能盒一般由钢、铝等金属材料制成，这在一定程度上限制了车辆的轻量化水平。碳纤维复合材料面对冲击时的能量吸收率非常高，甚至比钢、铝等材料要高出4倍以上，因此非常适合用于汽车容易发生撞击的部位，如正面的防撞梁以及吸能盒。使用碳纤维材料制作汽车吸能盒，不仅使构件质量比原金属材料降低60％-80％，还能使弹性变形成为低速碰撞下的主要变形形式，增加能量吸收率。



碳纤维汽车防撞梁随着碳纤维定制技术的不断成熟，碳纤维复合材料在汽车的整体构造中也会占有越来越多的比例，这对于汽车轻量化有着非常积极的作用，并且符合可持续发展的整体需求。



文章来源：PT现代塑料，世界十佳变速器评选，碳纤维复合材料，中国汽车报