碳纤维是什么鬼? 探索宝马i3轻量化的奥秘

先举几个例子,比如启辰晨风整备质量1494kg,北汽新能源ES210整备质量1760kg(为什么不拿整备质量都已超过2吨的腾势与比亚迪e6做比较,因为这两款车型有着300km的续行里程,所以它们的电池组巨大,从而车重也随之升高)而与晨风或是ES210续行差距不太大的宝马i3却只有1224kg。这主要归功于i3大量使用碳纤维增强复合材料(CFRP),既然i3的驾驶感受已经在上周为大家做了全面的讲解,本次就来讲解一下宝马i3的碳纤维构造。

什么是碳纤维?

碳纤维(carbonfiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。

什么是碳纤维增强复合材料?

碳纤维增强复合材料英文全称是Carbon Fiber Reinforced Polymer,其密度通常在1.7g每立方厘米左右,远远低于制造业常用的钢材。在高达2200℃的环境下,CFPR依然能够保留室温强度,并且断裂韧性、抗疲劳性、抗蠕变性伸拉强度和弹性模量都高于一般的碳素材料。

宝马i3上科技含量最高的要数碳纤维增强复合材料(CFRP)车身,这种材料是由宝马公司和西格里公司(SGL Group)联合开发的,以基于聚丙烯腈的热塑性纺织纤维为原材料,在一定的压力和温度下,转化成极其细长的碳纤维丝线,其中每条碳纤维的直径仅有0.007毫米(人的头发为0.07毫米)最后再经过相应的氧化和碳化处理,形成车身材料。

每条聚丙烯腈线束包含100000根白色细丝,为方便下一步处理,大约5万根碳纤维丝被捆成一个纤维束,准备运回德国的的工厂进行下一步制作。

树脂传递模塑工艺是宝马将CFRP材料进行量产的关键,树脂传递成型则是把高温高压的复合树脂注射入模腔,浸透增强纤维材料、固化、脱模成型的技术,比传统高耗时的烘箱固化技术要先进很多。

最终成型的CFRP部件是由多层缝编织物按照不同的纹理方向叠落而成,这样可以利用内部碳纤维束的多重编制方向增强结构强度,同时在遇到外部冲击力时还能引导力的传递。

接下来在树脂传递成型阶段之后,利用水激光切割技术完成碳纤维增强复合材料部件上的嵌入空和边缘剪裁加工;接着在最新的全自动化车身车间中,所有部件进行过表面磨砂处理,增加粘附性后,结合为一个稳固整体。

除了车顶使用了可回收再利用的碳纤维增强复合材料,i3外围全部采用树脂塑料,这也是宝马运用这种材料的首款汽车。相同体积大小下,塑料板材的重量只有钢板的一般,而且四分之一的树脂材料还是可再生或可循环使用的。因为加工设备存在一定的差异,车身外围塑料板材由三种不同的热塑性注射成型加工工艺完成,其中最先进的是外围塑料结构和基底结构同时注射成型和结合成整体的工艺。

宝马是目前第一家研发碳纤维材质作的单位,虽然碳纤维材料在宝马i3与i8的应用有着轻量化的优势,但是高成本的问题依然有待解决。目前碳纤维材质主要用于航空领域,超级跑车上,宝马集团计划在2020年将碳纤维制造成本降低到与铝制车身开销相同,那么也就意味着将打开全民碳纤维时代的大门。

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电动汽车时代

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