盤點汽車工業用碳纖維、芳綸、石墨烯的特性及應用

　　

　　碳纖維的特性及其在汽車工業中的應用

　　

　　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、航天器和跑車等應用中得到了應用。汽車中使用碳纖維的最著名的例子是雷克薩斯LFA，它主體結構的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，需要使用與最終產品形狀相對應的模具。這些可以用四種不同的方式加工：第一種技術也是最耗費人力的一步是鋪設織物層，然后用樹脂手工浸透；第二種方法涉及使用所謂的預浸漬，或用樹脂預飽和的層；第三種技術是樹脂轉移成型，它包括用樹脂在模具中壓力填充已經放置好的織物層。

　　

　　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合材料結構件的缺點是最終產品的強度較低。在上述任何一種技術中，生產的最后階段都是在約180°C的溫度下對碳纖維部件退火數小時。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生有害影響。切割產生纖維粉塵會引起皮膚刺激和損傷，從而導致進一步的感染。這就是為什么每天使用碳纖維產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中的應用

　　

　　Kevlar，也被稱為芳綸纖維，它是20世紀60年代在美國偶然發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高強的材料，來取代輪胎中的橡膠，從而減少汽油消耗。結果是發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。

　　

　　在汽車應用中，它廣泛用于輕型賽車和高性能汽車車身的構造，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動機，例如跑車或越野車中使用的發動機。它提供了比傳統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、發泡聚丙烯在汽車工業中應用

　　

　　石墨烯是一種超級材料，現代科學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構，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，具有優異的電學性能。它不僅是生產超輕機身的理想材料，而且在未來，它還可以用于生產高效電池，甚至卷式觸摸屏顯示器。目前，石墨烯在汽車行業的最新應用包括生產防腐汽車涂料、輪拱，以及輕型單座賽車的實驗鍍層。據說，用于生產這種材料的石墨烯比碳纖維輕20%，強度是鋼的200倍。

　　

　　

　　

　　在汽車工業的材料創新中，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構中獲得了特別的認可。這種材料的輕質泡沫結構由95%的空氣組成，因此EPP汽車部件比傳統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，而是恢復到最初的形狀。由于這一特點，它已經徹底改變了負責安全的部件的生產，如頭枕、座椅底座、汽車支柱和車門面板。由于其優異的絕緣、聲學和電學性能，該材料在電動汽車電池組的生產以及儲氫方面也有著未來的應用。EPP部件的制造過程非常簡單，只需發泡聚丙烯樹脂，然后在低壓下將泡沫注入模具。值得強調的是，從經濟角度來看，該材料是工業大規模生產的最佳材料，并且在許多品種的原材料生產商中廣泛可用。

　　

　　

　　

　　結束語

　　

　　碳纖維、石墨烯和凱夫拉等材料由于價格相對較高，目前在汽車工業中還沒有大規模量產。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，即使具有非常復雜的形狀或具有不同材料的附加插件，也能夠快速且經濟高效地制造可重復的部件。