2012-3-15 來(lái)源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：碳纖維 電動(dòng)汽車(chē) 輕量化 安全性 日本東麗
東麗公司目前是全球最大的碳纖維及產(chǎn)品生產(chǎn)商之一，占據(jù)全球碳纖維市場(chǎng)30%以上的份額。其碳纖維產(chǎn)品包括飛機(jī)部件、人造衛(wèi)星天線，以及高爾夫球棒等。此次推出概念版TEEWAVE AR1電動(dòng)汽車(chē)，旨在引爆“汽車(chē)設(shè)計(jì)的革命”，因此在制造時(shí)非常重視材料的實(shí)用性。
TEEWAVE AR1寓意為：東麗準(zhǔn)備趕上開(kāi)發(fā)環(huán)保高效汽車(chē)的浪潮（TEE即Toray Eco Efficient的簡(jiǎn)稱(chēng)，WAVE即浪潮，AR1即Advanced Roadstar 1）。 TEEWAVE AR1由英國(guó)Gordon Murray Desing公司設(shè)計(jì)，該車(chē)是是兩人座的敞篷式電動(dòng)汽車(chē)，其長(zhǎng)寬高為3975×1766×1154mm，車(chē)輛重量為846kg，其中鋰離子電池重量為220kg。在JC08模式下，其耗電量為耗電量為11.6km/kWh，續(xù)航里程為185km。
TEEWAVE AR1使用了約160Kg的碳纖維強(qiáng)化樹(shù)脂（CFRP），在超越普通同款式車(chē)輛的剛性、碰撞安全性的同時(shí)，減少了550kg左右的鋼板用量。據(jù)東麗公司介紹，碳纖維強(qiáng)化樹(shù)脂（CFRP）包含在母材上使用熱固性樹(shù)脂的CFRTS和使用熱可塑性樹(shù)脂的CFRTP兩種。
其中，CFRTP是在樹(shù)脂中摻入短纖維，其機(jī)械特性遜于CFRTS，但是擠壓成形的耗時(shí)較短，且易于加工。而CFRTS是長(zhǎng)纖維的織物浸滲于環(huán)氧樹(shù)脂凝固而成，雖然成形耗時(shí)較長(zhǎng)，但是其強(qiáng)度/剛性較高。TEEWAVE AR1概念版電動(dòng)汽車(chē)充分考慮了材料特性及車(chē)身不同部位的特點(diǎn)，從而使得車(chē)子的輕量化和性能提升二者兼顧。
在設(shè)計(jì)方面，車(chē)內(nèi)乘員空間采用剛性出色的CFRTS單體構(gòu)造，能夠?qū)?fù)雜的形狀一體成形，因此該單體車(chē)身僅有3個(gè)構(gòu)造組件，數(shù)量?jī)H為采用鋼材車(chē)輛的5%，而整體構(gòu)造重量?jī)H為45千克左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用鋼材車(chē)輛的50%。
車(chē)輛的前后的防撞箱子，扮演著沖撞時(shí)吸收能量的角色，亦采用CFRTS材料。這種材料的防撞箱比鋼板防裝產(chǎn)品，平均單位重量的能量吸收約高2.5倍。不僅有效減少了組件重量，也顯著提高了沖撞是的安全性。
車(chē)頂或罩板等板狀組件，其骨架部分的機(jī)械特性要求不高，可以選用低成本、短時(shí)間成形的CFRTP。CFRTP制板狀件的周期時(shí)間約是1分鐘左右，可以縮短汽車(chē)組裝工程在節(jié)拍時(shí)間之內(nèi)。
根據(jù)東麗公司的資料，CFRTS制的單體車(chē)身構(gòu)造，強(qiáng)度與剛性出色，能夠在多個(gè)車(chē)種上采用。目前，Toray采用高循環(huán)一體成形法進(jìn)行開(kāi)發(fā)CFRTS。該方法能夠?qū)⒊尚沃芷谟涩F(xiàn)在的10分鐘縮短至5分鐘。關(guān)于單體車(chē)身構(gòu)造，若是以多種車(chē)型共享為前提，能夠把周期縮短至3分鐘，將會(huì)被汽車(chē)業(yè)制造商廣泛接受。
目前主流的汽車(chē)材料是鋼與樹(shù)脂，而CFRP卻是擁有迥然相異的材料性質(zhì)。這個(gè)性質(zhì)就是各向異性。特別是使用長(zhǎng)纖維的CFRTS，依據(jù)其方向諸如強(qiáng)度等的機(jī)械特性會(huì)大幅地變化。與纖維垂直的方向是較弱的，但若是善用這個(gè)性質(zhì)，從來(lái)未見(jiàn)的嶄新設(shè)計(jì)是很有機(jī)會(huì)出線。
但是對(duì)于長(zhǎng)年使用鋼、樹(shù)脂等方性材料的多數(shù)汽車(chē)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，對(duì)于各向異性材料的CFRP，卻知之甚少。若是與鋼、樹(shù)脂比較，CFRP每單位重量的機(jī)械特性都超越前二者；在材料成本與成形時(shí)間上卻相距甚遠(yuǎn)。即使縮短了這個(gè)差異，也很難考慮到逆轉(zhuǎn)的事情。
東麗公司一高層表示：汽車(chē)業(yè)界幾乎沒(méi)有對(duì)于各向異性材料純熟掌握的設(shè)計(jì)者。因此，身為材料制造商的Toray，若不完整開(kāi)發(fā)汽車(chē)來(lái)介紹CFRP的可能性，將會(huì)有CFRP不被采用的危機(jī)意識(shí)。東麗將碳纖維定位為“戰(zhàn)略性擴(kuò)大業(yè)務(wù)”，汽車(chē)是最有望大量應(yīng)用這種材料的領(lǐng)域，公司計(jì)劃通過(guò)概念車(chē)擴(kuò)大汽車(chē)廠商對(duì)碳纖維的應(yīng)用。