吸塑包裝碳纖維復(fù)合材料將在汽車減重的努力中起到關(guān)鍵的作用,盡管會(huì)面臨批量的巨大挑戰(zhàn)。隨著環(huán)保規(guī)定趨于嚴(yán)格,以及汽車使用數(shù)量隨城市發(fā)展與日俱增,汽車工業(yè)不得不以新的方式思考問題。無論是混合動(dòng)力還是純電動(dòng)汽車,新的輕質(zhì)車身造型和蓄電池使用壽命已成為大眾關(guān)注的焦點(diǎn)。
*遲到2014年,幾乎所有汽車制造商都要提供混合動(dòng)力車,而這只是個(gè)開始。德國杜伊斯堡-艾森大學(xué)汽車研究中心教授兼主任Ferdinand Dudenhffer談到了汽車制造技術(shù)方面的變革。他說:“到2025年,純?nèi)加托萝嚨姆蓊~將跌至35%。”根據(jù)另一項(xiàng)預(yù)測,在今后10年里,每年將售出大約2,400萬輛混合動(dòng)力及電動(dòng)汽車。Dudenh?ffer表示,這只是個(gè)保守?cái)?shù)字。但是所有汽車制造商都要竭盡全力解決同樣的問題——重量。安裝蓄電池后,純電動(dòng)汽車吸塑包裝的重量會(huì)增加大約250公斤;充電式混合動(dòng)力汽車則會(huì)增加約200公斤。
沃爾沃汽車公司正嘗試找到一個(gè)可行的解決方案。其瑞典哥德堡的工程師與英國倫敦帝國理工學(xué)院航空系的研究人員合作,研制出一種復(fù)合材料,這種材料由碳纖維和聚合物制成,可用作充電及能源儲(chǔ)存。這一努力的構(gòu)想是,未來沃爾沃汽車的車身將起到電化學(xué)蓄電池的作用。但是目前離實(shí)現(xiàn)這種解決方案還有多遠(yuǎn)呢?
沃爾沃汽車材料中心開發(fā)工程師Per-Ivar Sellergren對此表示樂觀。他說:“如果一切按計(jì)劃進(jìn)行,到2012年年底,我們就會(huì)有這種電化學(xué)蓄電池功能復(fù)合材料的汽車行李箱樣機(jī)?!倍杀緞t是個(gè)問題,但Sellergren說,即使它仍比鋼和鋁貴很多,電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車的未來還是取決于復(fù)合材料。
據(jù)沃爾沃計(jì)算,用新電池材料制造的發(fā)動(dòng)機(jī)罩,其成本可能相當(dāng)于原來的發(fā)動(dòng)機(jī)罩加上一個(gè)鋰離子蓄電池。他說:“作為制造商,我們可以增加一點(diǎn)碳纖維發(fā)動(dòng)機(jī)罩的成本,因?yàn)槲覀儗?shí)際上是白白擁有了蓄電池。
沃爾沃汽車公司復(fù)合材料專家Ulf Carlund指出,目前復(fù)合材料的加工方式過于緩慢,并且早期對傳統(tǒng)汽車制造廠的投資還需加以利用。這在一定程度上導(dǎo)致使用鋼材的傳統(tǒng)汽車制造商對復(fù)合材料無所適從。沃爾沃的專家們指出,盡管如此,但是現(xiàn)在變革的意愿非常強(qiáng)烈吸塑包裝,公眾將會(huì)看到越來越多聚合物復(fù)合材料應(yīng)用到新型汽車的里里外外。
奧迪鋁制汽車A2已使該公司成為制造輕型汽車的先鋒。在公司位于德國南部內(nèi)卡蘇爾姆的“輕量化”中心,奧迪的工程師們不僅利用由母公司大眾汽車豪華車型布加迪開發(fā)的復(fù)合材料的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn),而且還進(jìn)一步發(fā)展其附屬公司蘭博基尼已采用的碳纖維技術(shù)。
在身價(jià)超過12萬歐元、每天只15至20輛的奧迪R8Spyder跑車中,奧迪在車頂行李箱的兩邊及頂部均采用了碳纖維增強(qiáng)聚合物。這樣做可使其在低成本的批量中更具成本效益,但要實(shí)現(xiàn)一個(gè)前提:可以用單個(gè)碳纖維零件代替多個(gè)鋁制零件。奧迪在Leichtbauzentrum的開發(fā)工程師Karl Durst說:“也許你只需要一種刀具,而不是五六種不同的刀具?!?br /> 這里有多個(gè)項(xiàng)目在進(jìn)行,在復(fù)合材料中加入纖維,就能提升與鋁相比的重量優(yōu)勢,這種重量優(yōu)勢從17~18%到25%不等。
項(xiàng)目的關(guān)鍵是,這種材料需要達(dá)到與鋁材相同的抗拉與抗壓負(fù)荷能力。Durst說,即使這樣,仍有若干大小問題需要解決,特別是復(fù)合材料與其它材料接合處的腐蝕問題。另外還有噪音,隨著汽車不斷減重,噪音水平也會(huì)增加,因此需要絕緣隔音,這又增加了重量。
另一個(gè)挑戰(zhàn)是,汽車技師對所處理的材料是否熟悉。Durst說:“不管是在**吸塑包裝哪個(gè)角落,即使是*小型的奧迪修理車間都應(yīng)該能夠修理汽車并替換復(fù)合材料零件?!?br /> 制造工藝有待改進(jìn)。德國設(shè)備制造商福伊特(Voith)附屬公司福伊特復(fù)合材料(Voith Composites)的經(jīng)理Lars Herbeck預(yù)見到了多個(gè)領(lǐng)域的強(qiáng)大需求。例如材料的優(yōu)化流水作業(yè)、每年10萬多個(gè)零件的定速,以及速度更快的周期等。與速度以秒為單位計(jì)算的鋁制零件相比較,較大的復(fù)合材料零件制造可能需要20分鐘至1小時(shí)。這在航空航天工業(yè)中還可以接受,但在汽車行業(yè)大規(guī)模的裝配線中卻行不通,整個(gè)汽車行業(yè)每年產(chǎn)出超過5,500萬輛汽車。
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