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2012-06-18 11:12:40| 人氣840| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

時代科技的流轉--碳纖維

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碳纖維夢想型--最新型波音787客機--採用大量的碳纖維合成材料結構

碳纖維是一種具有很高強力和模量的耐高溫纖維,為化纖的高端品種。一般用聚丙烯腈、粘膠纖維等原料,先在200-300℃的空氣中進行預氧化,繼在惰性氣體保護下用1000℃左右的高溫完成碳化,最後加熱到1500-3000℃成碳纖維。

每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成,直徑大約5至8微米。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近,是由一層層以六角型排列的碳原子所構成。兩者差別在於層與層之間的連結。石墨是晶體結構,它的層間連結鬆散,而碳纖維不是晶體結構,層間連結是不規則的。這樣便防止滑移增強物質強度。

一般碳纖維的密度為1750 kg/m3。導熱能力高但傳電能力低,碳纖維的比熱容量亦比銅低。當加熱的時候,碳纖維會變厚而短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色,但可以把它染上不同的顏色。

因為碳纖維又輕又堅硬,所以它的用途很廣泛。用碳纖維製造的增強塑料質地強而輕,耐高溫、防輻射、耐水、耐腐蝕,是製造飛行器、兵器及耐腐蝕設備等的優良材料。

近年來碳纖維更是廣泛被使用於大型飛機,例如空中巴士的A350與A380,波音787均利用碳纖維複合材料來減輕耗油量。另外大型風力發電機的葉片,賽車、汽機車的車身均為碳纖維複合材料需求量增加的重要因素。腳踏車亦有使用碳纖維複合材料作為車架,但因碳纖維複合材料製造成本高,多為高階車種才能使用。

目前,碳纖維複合材料被廣泛應用到汽車與航空等領域的部件材料上,並且這種趨勢正在逐漸佔領主流市場。

 

SGL Carbon SEBayerische Motoren Werke AG的合資企業為Moses LakeWash等生產站投資了大約1億美元。

 

Quickstep Composites LLClicensee Vector Composites將聯合成為聯合攻擊戰鬥機F-35的第二供應商。

 

Material Innovation Technologies LLC獲得了管理許可證,能夠繼續進行其再生碳纖維和製造再生部件的事業。

 

其他汽車製造商將會繼寶馬之後積極運用可再生能源,並且我們將會進入一個環保節約並快速迴圈的時代。

 

對於寶馬2013年的模型,企業一開始就從兩個方面入手:針對完全電動的城市汽車和複合跑車。這將會使其產生每年總共6600000的碳纖維產能,在2011年已開始進行加工材料。

 

日本的三菱人造絲公司以聚丙烯腈為基做先導,然後Moses Lake Site會將其轉換成高係數的碳纖維加固複合材料:在Wackersdorf設備中將其編織成羽量級沒有褶皺的纖維織物。

 

德國寶馬汽車公司會粗加工成品、標記、通過壓鑄模具和機器將纖維織物製成複合材料零部件。SGL和寶馬通過合作和討論之後於201011建立了合資企業。

 

美國空軍投資建立了一個小型貿易創新研究方案,旨在使Quickstep能夠證明其非高壓滅菌器在低壓狀態下也可以製造出同樣品質的部件,這種非高壓滅菌器成本低並快于現有的高壓滅菌器製造過程。第一期工程在200910月投資了10萬美元,二期工程持續27個月,從20104月一開始就已投資了4百萬美元。

 

美國海軍發展了第二代秘密行動F-35閃電微光,空軍和船模型有關船舶變體的工作在20111月被中斷。美國航太航空公司是F-35的總承包商。

 

在回收利用領域,MIT從戰鬥機F-18的安定面回收了碳纖維,從波音787炮管截面的試驗盤回收了複合材料。

 

MIT成立於2005年,在20104月投資5百萬美元在湖城建立了5萬平方的設備基地。MITF-16身上拆下安定面皮囊,將材料切碎成一平方英寸大小以得到一英寸的碳纖維。位於美國北部的猶他州的空軍基地已淘汰了F-16s

 

MIT計畫剔除對垃圾堆和焚燒廢棄物的依賴,宣佈要使用少於96%的能源來回收再利用碳纖維,而不是使用純淨原材料。據其CEO兼總裁JamesStrike說,對於回收和可持續碳纖維部分工業,罷工的“咒語”是回收、再設計和重新利用。

 

SBIR由美國能源部和防護部以及美國國家科學基金會授權組建MIT的基本資金庫美國纖維製造協會在7月為美國所有的先進的纖維生產商、供應商和客戶建立了一個高效能纖維委員會,該委員會計畫處理包括公共知識產權保護、政府支持行動和出口控制改革發展等國家政策問題。

 

        
 

超大城市車(MCV)是寶馬公司第一款電動量產車。MCV是一款環保型城市用車,該車將採用新的車型結構,大量應用輕質的碳纖維複合材料。據稱,該車將在2012年的倫敦奧運會上首次亮相。

 

對於電動汽車來說,輕量化的設計對於電動汽車有著十分重要的作用,然而,電動汽車的基礎部件改造並不容易將汽車的整體重量降低,寶馬公司將碳纖維增強塑膠(CFRP)應用於輕量設計中。碳纖維增強塑膠重量大約只有鋼材的50%,但強度好,不僅能給車帶來更長的行駛距離,而且性能也更好;這種剛性材料還能有效降低能量的吸收,避免響聲和搖晃;另外,碳纖維增強塑膠耐腐蝕性強,相對金屬材料,壽命較長;安全性良好,高剛度及其吸收能量的能力使得碳纖維增強塑膠不易損壞。

 

寶馬也關注著電動汽車的結構。寶馬公司開發了一種新的車身設計,稱之為LifeDrive概念。LifeDrive概念包括兩個水準分隔的獨立模組——一個鋁質結構:Drive模組和一個碳纖維增強塑膠結構:Life模組。

 

Drive模組被分成三個部分。位於前後部位的兩個碰撞主動回應結構可以在前後的碰撞事故中提供必要的擠壓區域,中間一段裝有電池,被鋁型材包圍著。Drive模組還帶有電力傳動單元和許多懸架元件。Life模組主要由高強度且輕量的碳纖維增強塑膠車廂組成,安裝在承重的Drive模組結構上。所有驅動元件集成在Drive模組上,從而摒棄了傳統汽車中的傳動軸通道。這一理念的運用實現了汽車的輕量化,延長了行駛距離,提高了性能,提升了乘客和電池的安全性。

 

該款複合材料電動車車身採用西格裏集團生產的碳纖維複合材料製成。雙方在2009年成立了合資公司,西格裏集團為這款車型提供碳纖維和碳纖維織物,這也成為汽車工業規模化使用碳纖維做生產材料的里程碑。

 

這款MCV車型為一款純電動車型,Megacity車型主要由碳纖維材料打造,與採用鋁制車身的車型相比,應用碳纖維能讓Megacity減輕30%的重量。而電池則安放在車艙底部,為的是降低車身重心。新車將沒有B,完全靠車身保護。同時採用車門向後開啟的方式。動力上預計搭載一台發出150馬力的電動機,同時採用後輪驅動佈局。

 

       

 

蘭博基尼Gallando Superleggera像是瘦身後的Gallardo,以碳纖維包圍著所有鋁制部件。外部的車鏡、雨刷、引擎罩、後擾流器;內部的門邊嵌板、發動機蓋、車身底盤和控制臺均由碳纖維製成。發動機蓋和後視鏡使用了聚碳酸酯材料來代替玻璃,支撐軸、驅動軸和前輪支架都修改得更小,但更加堅固,新的消聲器重量也減輕了,由鈦制鏍絲與輕量化的合金輪圈固定在一起。車子內部,任何一般情況下會使用皮質的地方現在都改用了重量更輕的Alcantara——一種觀感和觸感都很像牛皮的人工纖維。對於北美市場來說,這意味著比Gallardo1430千克的輕量標準節省了70千克。

 

       

 

蘭博基尼Gallando Superleggera外觀--以碳纖維包圍著所有鋁制部件

台長: 幻羽
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