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          碳纖維:電動車新材料解決方案

          文章出處:網絡責任編輯:管理員人氣:發表時間:2015-06-20【




          提到碳纖維和車,大部分人首先想到的可能會是F1賽車。碳纖維是一種超輕量高強度的優異材料,也是昂貴的代名詞。在寶馬i3之前,從未有過一家汽車廠商在大批量生產汽車上使用碳纖維材料,更遑論全碳纖維制作的車身。隨著架構和車身組成的發展,i3上已經沒有任何細小零件,寶馬的管理層因此稱i3為“變革者”。那么i3的車身結構上到底隱藏著什么秘密呢?



          在大部分車的車身和框架都是采用整體結構的時候,寶馬在i3上提出了模塊概念。構成i3的兩個模塊被稱之為乘員模塊和行走模塊。行走模塊采用全鋁制底盤,構建出穩健的基礎,并在結構內集成有電池、動力系統、結構功能模塊和基礎碰撞模塊。乘員模塊則主要由一個高強度且極輕的CFRP材料(碳纖維強化塑料)制成的客艙構成。 123456
          這些由重量輕強度大的材料——鋁和碳纖維——制成的模塊主要是為了降低i3的重量并提高他的能量效率。不過對于一般的車來說,大量的使用鋁已經夠少見了,更不要說碳纖維。
          相比1525千克的328i Coupe和1455千克的128i Coupe,i3的整車重量僅為1270千克。更輕的重量可以減小汽車行駛時的能耗,所以i3可以在容量僅為22千瓦時的電池帶動下跑出130公里的續航里程(尚未被美國環保局認證),這在其他電動車上電池容量至少需要24千瓦時。



          前面我們一直提到碳纖維,碳纖維是什么?為何它如此重要呢?碳纖維是一種強度非常高也非常輕的材料,同時價格也很昂貴。它被廣泛地應用在高強度質量比的汽車上,比如眾所周知的F1賽車。i3上使用的碳纖維材料被稱之為碳纖維強化塑料,其中碳纖維全部由碳原子組成,而強化塑料是指在用樹脂將碳纖維粘合后再用塑料加固,然后就可以用來制作車身了。 內容來自123456
          碳纖維強化塑料不止是輕,還很堅固——是鐵的十倍,并且可以在碰撞時吸收巨大的能量。碳纖維強化塑料的特性使得i3在高速碰撞下依然可以保持車身不變形,而即使車身被撞毀了,也能給車內乘員提供一個安全空間。
          同樣因為乘員模塊的高強度特性,i3上取消了B柱。前門與A柱相連,后門與C柱相連,這讓人們上下車變得很方便。



          碳纖維強化塑料量產的造價不菲,越大的車越是如此。為了降低成本,寶馬研究出了一種新的制造工藝。i3的碳纖維制造工廠坐落于華盛頓摩西湖,由寶馬和西格里汽車碳纖維公司合資建成。工廠的年產量是1500噸,占全球碳纖維強化塑料出產總量的10%。
          未經過強化的碳纖維的制造過程需要大量的能量,因此要想真正做到降低成本,他們需要找到價格低廉的可再生能量來源。摩西湖加工廠設備全部是電力驅動,其能量供給來自于哥倫比亞峽谷大壩的水力發電廠。 123456
          利用寶馬歷經十幾年而研發出的加工技術,碳纖維在瓦克斯多夫被壓成薄片,然后在蘭茨胡特和萊比錫被制成碳纖維強化塑料(萊比錫工廠采用風力發電。)。其中關鍵的一步是通過高壓噴射液態樹脂(樹脂傳遞成型工藝)來粘合碳纖維。
          i3行走模塊所使用的碳纖維強化塑料就是經此加工而成。與傳統的汽車架構相比,它所使用的零部件要少很多。



          既然碳纖維強化塑料是由碳元素而不是金屬制成,那么是不是就能想當然地說這些碳元素是提取自可再生資源呢?事實上,西格里公司從未宣稱這些碳纖維強化塑料的原材料是可再生資源,僅僅是說他們利用可再生能源來進行制造。這些碳纖維的原材料是聚丙烯腈——一種亞克力材料而非植物。
          不過碳纖維材料卻能很容易地進行回收再利用。寶馬旗下的工廠可以在不破壞碳纖維的情況下去掉其中的粘合樹脂,然后將它們用來制作新的組件。但這是針對正常“退休”的車身而言。鑒于碳纖維相比鋼和鋁合金極差的可塑性,在受到足夠強烈的撞擊后,碳纖維就會變成一堆碎片。鋼制車身撞毀后可以再度熔煉,撞成碎片的碳纖維如何回收?不知道寶馬有沒有研究過這個問題。 本文來自123

          小結:

          科學技術是第一生產力,但是什么樣的科學技術能夠真正地帶來發展和進步還需要企業的慧眼如炬。在大多數企業卯足了勁研究電池和電動馬達時,從十幾年前就開始研究碳纖維加工工藝的寶馬眼光不可謂不犀利?;蛟S在日產聆風和雪佛蘭沃藍達相繼折戟中國市場之后,我們可以期待i3能有不一樣的表現。 

           

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