碳纤维复合材料提升电动汽车安全性能

日本东丽公司（Toray）近日对外公开了其最新花费3亿日元（约2451.3万元人民币）研发的电动汽车TEEWAVEAR1概念车。该车骨架采用碳纤维强化树脂（CFRP）材料，从而使车身重量大幅度降低。 --> 　　日本东丽公司（Toray）近日对外公开了其最新花费3亿日元（约2451.3万元人民币）研发的电动汽车TEEWAVEAR1概念车。该车骨架采用碳纤维强化树脂（CFRP）材料，从而使车身重量大幅度降低。东丽公司是在其内部展会"东丽尖端材料2011"上公开这一讯息的。 　　东丽公司目前是全球最大的碳纤维及产品生产商之一，占据全球碳纤维市场30%以上的份额。其碳纤维产品包括飞机部件、人造卫星天线，以及高尔夫球棒等。此次推出概念版TEEWAVEAR1电动汽车，旨在引爆"汽车设计的革命"，因此在制造时非常重视材料的实用性。 　　TEEWAVEAR1寓意为：东丽准备赶上开发环保高效汽车的浪潮（TEE即TorayEcoEfficient的简称，WAVE即浪潮，AR1即AdvancedRoadstar1）。TEEWAVEAR1由英国GordonMurrayDesing公司设计，该车是是两人座的敞篷式电动汽车，其长宽高为3975×1766×1154mm，车辆重量为846kg，其中锂离子电池重量为220kg。在JC08模式下，其耗电量为耗电量为11.6km/kWh，续航里程为185km。 　　TEEWAVEAR1使用了约160Kg的碳纤维强化树脂（CFRP），在超越普通同款式车辆的刚性、碰撞安全性的同时，减少了550kg左右的钢板用量。据东丽公司介绍，碳纤维强化树脂（CFRP）包含在母材上使用热固性树脂的CFRTS和使用热可塑性树脂的CFRTP两种。 　　其中，CFRTP是在树脂中掺入短纤维，其机械特性逊于CFRTS，但是挤压成形的耗时较短，且易于加工。而CFRTS是长纤维的织物浸渗于环氧树脂凝固而成，虽然成形耗时较长，但是其强度/刚性较高。TEEWAVEAR1概念版电动汽车充分考虑了材料特性及车身不同部位的特点，从而使得车子的轻量化和性能提升二者兼顾。 　　在设计方面，车内乘员空间采用刚性出色的CFRTS单体构造，能够将复杂的形状一体成形，因此该单体车身仅有3个构造组件，数量仅为采用钢材车辆的5%，而整体构造重量仅为45千克左右，远远低于采用钢材车辆的50%。 　　车辆的前后的防撞箱子，扮演着冲撞时吸收能量的角色，亦采用CFRTS材料。这种材料的防撞箱比钢板防装产品，平均单位重量的能量吸收约高2.5倍。不仅有效减少了组件重量，也显著提高了冲撞是的安全性。 　　车顶或罩板等板状组件，其骨架部分的机械特性要求不高，可以选用低成本、短时间成形的CFRTP。CFRTP制板状件的周期时间约是1分钟左右，可以缩短汽车组装工程在节拍时间之内。 　　根据东丽公司的资料，CFRTS制的单体车身构造，强度与刚性出色，能够在多个车种上采用。目前，Toray采用高循环一体成形法进行开发CFRTS。该方法能够将成形周期由现在的10分钟缩短至5分钟。关于单体车身构造，若是以多种车型共享为前提，能够把周期缩短至3分钟，将会被汽车业制造商广泛接受。 　　目前主流的汽车材料是钢与树脂，而CFRP却是拥有迥然相异的材料性质。 　　这个性质就是各向异性。特别是使用长纤维的CFRTS，依据其方向诸如强度等的机械特性会大幅地变化。与纤维垂直的方向是较弱的，但若是善用这个性质，从来未见的崭新设计是很有机会出线。 　　但是对于长年使用钢、树脂等方性材料的多数汽车设计者来说，对于各向异性材料的CFRP，却知之甚少。若是与钢、树脂比较，CFRP每单位重量的机械特性都超越前二者；在材料成本与成形时间上却相距甚远。即使缩短了这个差异，也很难考虑到逆转的事情。 　　东丽公司一高层表示：汽车业界几乎没有对于各向异性材料纯熟掌握的设计者。因此，身为材料制造商的Toray，若不完整开发汽车来介绍CFRP的可能性，将会有CFRP不被采用的危机意识。东丽将碳纤维定位为"战略性扩大业务"，汽车是最有望大量应用这种材料的领域，公司计划通过概念车扩大汽车厂商对碳纤维的应用。