汽車碳纖維部件誤區

時間：2021-02-20 10:44:10 科普知識我要投稿

汽車碳纖維部件誤區

　　含碳量在90%以上的高強度高模量纖維。耐高溫居所有化纖之首。用腈綸和粘膠纖維做原料，經高溫氧化碳化而成。是制造航天航空等高技術器材的優良材料。下面是小編為大家整理的汽車碳纖維部件誤區，僅供參考，歡迎閱讀。

汽車碳纖維部件誤區

　　常見誤區一：認為很多超級跑車用的都是碳纖維

　　提及任重而道遠的汽車輕量化問題，“碳纖維”這個名詞似乎不能不說，堅固、輕盈和標志性紋理是人們對它的普遍印象；與此同時，高污染、高工藝、高價格也是客觀存在的詬病；然而在探討矛盾之前，我們更有必要先掃清些誤解和習慣性認知的錯誤，今天我們就來聊聊這項并不算新奇的材料科技成果。

　　關鍵點：錯把碳纖維與碳纖維增強復合材料混為一談

　　這可能是我們聽聞最多的習慣性描述：很多超級跑車使用了碳纖維。實際上，幾乎所有高性能車型使用的“碳纖維”都是碳纖維增強復合材料。這里強調的關鍵點其實是復合工藝而不是碳纖維本身。舉個更直白的例子：說“很多超級跑車使用了碳纖維”就好比說：今天職工食堂里賣的主食只有面粉，而準確的'說法應該是：食堂賣的主食有面粉做的饅頭、面粉做的花卷、面粉做的面條等等。它們基礎原料相同，但添加成分和制作方法其實是明顯不同的。因此，我們可以簡單的把碳纖維與碳纖維增強復合材料理解為：面粉與干糧的關系。

　　另外從物理構成講：碳纖維幾乎全部由“碳”構成（通常在95%以上），而增強復合材料就要增加很多元素以滿足更高的使用需求。最常見的就有聚丙烯晴基纖維、黏膠絲和瀝青基纖維等，特性不同、檔次也不同，后文我們會展開介紹。

　　另外從稱謂的角度來說：碳纖維（Carbon Fiber）的英文簡稱是CF，而碳纖維增強復合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic）的英文簡稱則是CFRP，比如前不久剛剛在巴黎車展上亮相的大眾XL Sport混動性能車以及剛剛在國內上市的寶馬i系列車型都是采用的CFRP，即碳纖維增強復合材料制造的車身主體。

　　常見誤區二：提到碳纖維就認為是一種高級材質

　　關鍵點：碳纖維類材質也有高低檔之分，主要與制造工藝相關

　　提到碳纖維類材質，我們首先能想到的便是堅固、輕量并且價格昂貴（相比傳統鋼鐵和塑料材質而言），當然這并不錯，因為能夠應用到性能車型甚至是F1賽車上的碳纖維類類材質確實都是高端產品。只是這并不代表碳纖維類產品就沒有低檔貨，當中良莠不齊的生產質量和制造工藝流程是區分高低端產品的關鍵。

　　事實上，碳纖維只是個廣義上物質界定，根據應用需求衍生出的復合類材質其實超級多，分類的維度也很多，比如可以按原絲類型分、物理性能分、應用功能分、制造方法分等等，相應的就有了高低檔次之分。這里就按原絲類型來分，通常就有聚丙烯晴基纖維、黏膠絲和瀝青基纖維等種類，而不用原料則意味著碳化得率的不同。這當中，用聚丙烯生產的碳纖維產量最多（約占市場的95%左右），它的碳化得率約為50%-60%左右，屬于比較高的范圍，而以瀝青纖維為原料，碳化得率能達到80-90%，同時成本還更低，也是目前積極發展的類型。

　　另一個決定碳纖維用途和檔次的問題，就是制造工藝，最簡單的，我們都知道生產碳纖維類材料通常需要超高溫熱處理步驟（通常在300℃-2000℃量級上），不同燒制溫度會直接影響產品的特性的成本，從而不同碳纖維類材料之間的差價可能在幾倍甚至幾十倍上下。另外，高溫燒制往往也意味著大量能源的消耗，當然這就屬于環保維度的問題了，我們暫且不提。

　　常見誤區三：因為紋理相似，所以認為碳纖維材質與凱夫拉材質是同類

　　關鍵點：兩者物理特性、知識產權所屬等都有本質性不同

　　這是在一次參觀寶馬X5防彈車時，現場觀眾之間的交流問題。另外當時還有位朋友不解的問：每年碳纖維類材料的產量很大，而凱夫拉材質（KEVLAR）年產量要少的多，為什么防彈材料不用碳纖維而用凱夫拉呢？

　　前面已經介紹過碳纖維，它其實就是一種纖維狀的碳材料；而凱夫拉纖維材質則是美國杜邦（DuPont）公司對芳綸纖維材料產品的品牌名，它的化學名稱應該叫：聚對苯二甲酰對苯二胺，由于同屬人造纖維類材料，并且擁有相似的工藝流程，因而在視覺感受上確實有相似之處，但其實是不同的。

　　反應材料的特性，最直接的方法就是看應用，比如凱夫拉材質會用在普通防彈盔甲甚至是坦克的防彈裝甲中，而不會用碳纖維材質替代，這當中的很重要的原因就是，凱夫拉材質的韌性更佳，可以利用更好的塑性變形來吸收外部沖擊能量；而碳纖維則是脆性的，當外部能量超過極限值后就會發生斷裂，這有個專業的比對詞匯叫做“模量”（類似彈簧系數）。毋庸置疑，凱夫拉的模量數值要高于碳纖維類材質。

　　首先，碳纖維增強復合材料是碳纖維的實際應用，兩者相互依存但又不在同一層面；同時碳纖維類材質與其他材質相同，也有好壞高低之分，只是更多時候我們在性能車上見到的都屬于高端產品；另外，相比于凱夫拉材質，兩者確實有共性之處，并且均為高強度人造纖維材質，但依舊不能相互等同。

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