碳纤维、凯夫拉尔、石墨烯——用于汽车工业的现代材料

在能源效率变得越来越重要的时代，汽车行业正在实施新的汽车制造技术，并寻找创新材料来使汽车更安全、更轻便。除了用于航空航天工业的解决方案，如碳纤维和凯夫拉尔，创新的发泡塑料可能被证明是一个有趣的选择。

碳纤维 – 特性和应用

碳纤维或CFRP实际上是一种碳纤维增强复合材料。它通常采用多层树脂涂层织物的形式，重量最小，但具有显着的机械阻力。碳的抗拉强度是高级钢的四倍，同时还具有极高的柔韧性，这使其可用于飞机、航天器和跑车等应用。使用碳纤维的汽车最著名的例子是雷克萨斯LFA。它的身体由这种材料的65%组成。

碳纤维部件的生产 – 它是如何完成的，由碳纤维复合材料制成？

碳纤维的强度使其不仅可用于制造车身零件，例如车顶或行李箱盖，还可用于制造一些机械零件或内部部件，例如支柱或地板。为了用碳制造零件，使用了与最终产品形状相对应的模具。这些可以用四种不同的方式填充。其中第一个也是最劳动密集型的涉及铺设织物层，然后用树脂手工饱和。第二种方法涉及使用所谓的预浸渍剂，或用树脂预饱和的层。第三种技术是树脂传递模塑，它涉及用树脂对已经放置的织物层进行压力填充模具。最后也是最快的方法称为C-SMC（碳纤维增强片状模塑料），即将树脂与精细切割的纤维混合到模具中。然而，使用这种方法制成的复合钢筋的缺点是最终产品的强度较低。无论哪种情况，生产的最后阶段都是在约180°C的温度下对碳纤维部件进行数小时的退火。 一旦树脂固化，就可以对零件进行机械加工。

碳纤维有害吗？

碳纤维具有许多优异的性能，但许多人想知道它对人体健康的影响。成品树脂涂层碳产品是完全安全的。碳纤维仅在制造阶段切割时产生有害影响。超细纤维会引起皮肤刺激和损伤，从而导致进一步的感染。玻璃纤维粉尘对眼睛也有刺激作用，如果长时间吸入空气，甚至会导致纤维化和肺癌。这就是为什么每天使用碳纤维产品的人要穿适当的防护服和配备特殊过滤器的口罩。

凯夫拉尔 – 在汽车制造中的应用

什么是芳纶纤维，也称为芳纶纤维？它是一种合成聚合物，是 1960 年代在美国意外发明的。当时，一组研究人员正在寻找一种轻质坚固的材料，可以取代轮胎中的橡胶，这应该可以减少汽油消耗。结果是一种非常坚固的聚合物，具有高度的颗粒排序，其重量是钢的五倍以上，并且具有高达3，620 MPa的非常高的拉伸强度。折断芳纶纤维需要碳纤维两倍的力量和钢的四倍。在汽车应用中，它广泛用于轻型赛车和高性能车身的构造，但不仅如此。它也可以在流行的车型中找到，用于加强同步带和散热器软管等关键部件。在赛车运动中，它还具有保护离合器作为特殊衬片组件的重要功能。

用凯夫拉尔填充离合器 – 它有什么作用？

凯夫拉纤维摩擦衬片即使在高温下也非常耐用，因此它可以轻松地将更大的扭矩传递给大功率发动机，例如跑车或越野车中使用的发动机。与传统衬片相比，它的离合器寿命明显更长，因此建议用于恶劣的工作条件。

石墨烯的性质和应用

石墨烯是一种超级材料，尚未被现代科学充分探索其所有可能性。该材料具有由碳分子组成的二维结构，形成完美的六边形图案，比碳纤维和凯夫拉尔更轻，更坚固。一平方公里的石墨烯仅重757克，但它非常灵活，具有出色的电性能。它不仅是生产超轻量级机身的理想材料，而且在未来还可用于生产例如极其高效的电池甚至卷起式触摸屏显示器。目前，石墨烯在汽车行业的最新应用包括生产防腐汽车涂料、轮拱，以及轻质单座赛车的实验电镀。据说其生产中使用的石墨烯比碳纤维轻20%，比钢强200倍。

发泡聚丙烯EPP – 材料特性和应用

在汽车行业的材料创新中，不乏发泡聚丙烯EPP，这种材料最初在建模中获得了特别的认可，后来在汽车保险杠结构中得到了特别的认可。该材料的轻质发泡结构由95%的空气组成，因此EPP汽车部件比传统塑料部件轻约50%，但它们非常坚固。机械阻力和最小重量的结合使EPP有时与碳纤维相比。它的重要区别特征是其所谓的形状记忆。它不会在撞击下永久变形，而是恢复到其初始形态。由于这一特性，它已经彻底改变了负责安全的部件的生产，例如头枕、座椅底座、汽车支柱和汽车门板。由于其优异的绝缘、声学和电气性能，该材料还可用于电动汽车电池组的生产以及储氢。EPP部件的制造过程非常简单，包括发泡聚丙烯树脂，然后在低压下将泡沫注入模具中。值得强调的是，从经济角度来看，该材料是工业大规模生产的最佳选择，并且在许多品种的原材料生产商中广泛使用。

碳纤维、石墨烯、芳纶或 EPP – 应用和性能

最终确定超轻和超强汽车的技术竞赛仍在进行中。碳纤维、石墨烯和凯夫拉尔等材料由于其相对较高的价格，在大规模批量生产中仍然不普及。相比之下，EPP部件的注塑成型是一种众所周知且容易获得的技术，即使形状非常复杂或附加不同材料的嵌件，也可以快速且经济高效地制造可重复的部件。