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納米纖維增韌膜在碳纖維汽車復(fù)合材料沖擊吸能的應(yīng)用淺析

發(fā)布日期：2021-03-26 作者：大連義邦科技瀏覽數(shù)：10657

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碳纖維汽車重量?jī)H是鋼材的四分之一，與塑料制品相比，其強(qiáng)度是塑料制品的幾十倍。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最早用于F1方程式賽車，這讓賽車變得更輕、更快、更安全了。而后因在防腐蝕領(lǐng)域有其它金屬無(wú)法比擬的優(yōu)越性，且有較好的耐水性和抗老化性，無(wú)論在腐蝕性的環(huán)境還是惡劣的露天，潮濕的環(huán)境下都能正常作業(yè)，其使用壽命可達(dá)25年以上而后不斷用于民用汽車。

人類在追求速度是沒有極限的，汽車也在不斷嘗試突破更快的時(shí)速，但是碳纖維復(fù)合材料沖擊吸能安全性是設(shè)計(jì)人員首要考慮的問(wèn)題。

納米纖維增韌膜在碳纖維汽車復(fù)合材料沖擊吸能的應(yīng)用淺析 — 2014年銀石賽道碳纖維法拉利賽車

如2014年銀石賽道萊科寧的事故，其中一輛全身碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料法拉利賽車以每小時(shí)240公里的速度急速撞到賽道中的防護(hù)墻，瞬間的沖擊力高達(dá)47g，隨后被彈回賽道，然后再撞到了對(duì)面的護(hù)欄上，最后賽車駕駛員只是略受輕傷，自己爬出了賽車。但如果這是一輛普通的金屬汽車，那么賽車手的安全性可想而知。相對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料，碳纖維賽車在性能和安全保障方面有著跨越式的優(yōu)勢(shì)。

無(wú)論是賽車還是民用汽車，最核心的市場(chǎng)定位就是碳纖維復(fù)合材料沖擊吸能安全性和速度。對(duì)于賽車車身和其他可減輕重量的結(jié)構(gòu)件，我們希望能有一種強(qiáng)度和韌性都很好的材料，既結(jié)實(shí)又不容易碎，碳纖維與一般的鋼材對(duì)比，即有超過(guò)鋼的強(qiáng)度，又有一定的斷裂韌性，如我們熟知的鉆石和玻璃，強(qiáng)度相當(dāng)高，但是韌性非常低，一碰就碎，一砸就爛。另外橡膠材料，比如我們常見的輪胎，韌性很好，輕易不會(huì)斷裂，但是沒有鋼的強(qiáng)度。

圖中縱軸 Strength 就是抗拉強(qiáng)度，而橫軸 toughness 就是斷裂能量，右上角深紫色的 composites 纖維復(fù)合材料和淡紫色的 metals and alloys 金屬材料。由此圖我們可以看到，F(xiàn)RP 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和傳統(tǒng)的金屬材料的韌性，抗沖擊性相差不大。比如同樣是金屬材料，銅的韌性強(qiáng)于鋼材，但是強(qiáng)度卻明顯低于鋼材，而低合金鋼的強(qiáng)度相比鋼材有大幅提升。

汽車在碰撞中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力，如果材料有較好能量吸收能力，這樣會(huì)使傷害降至最低。這就需要提供碳纖維韌性增強(qiáng)的能力，國(guó)內(nèi)外有著較多的研究和試驗(yàn)，歐洲正在使用一種如大連義邦Xantu.Layr納米韌性增強(qiáng)纖維膜在F1一級(jí)方程式賽車和超級(jí)跑車的碳纖維預(yù)浸料中，目的是為提高增韌及抗沖擊性能。Xantu.Layr很容易被樹脂浸濕，與環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂系統(tǒng)兼容從而降低了脆性，同時(shí)也增加了環(huán)氧樹脂在復(fù)合材料增強(qiáng)層之間的裂紋吸收特性。在某些情況下，添加納米纖維可以將抗分層性提高170％，碳纖維復(fù)合材料沖擊吸能提高20％。

隨著碳纖維汽車市場(chǎng)的穩(wěn)步發(fā)展，中國(guó)品牌汽車企業(yè)在經(jīng)過(guò)數(shù)年市場(chǎng)歷練、技術(shù)積累、產(chǎn)業(yè)升級(jí)后，紛紛推出高端品牌。從環(huán)境角度考慮，汽車輕量化可以節(jié)約1/4油耗，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能更加提高汽車輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，在此之后，這種使得賽車變得更輕、更快、更安全的材料再也沒有離開過(guò)汽車的舞臺(tái)。

本文意在傳播新材料資訊，部分圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)。

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