歷史性的飛躍—碳纖維

    自 1950 年以來(lái)，作為賽車運(yùn)動(dòng)的金字塔頂尖賽事，F(xiàn)1 見(jiàn)證了各支車隊(duì)為追求性能而不懈地挑戰(zhàn)技術(shù)極限。但如果說(shuō)有一項(xiàng)歷史性的跨步，那一定是第一輛采用碳纖維單殼底盤的賽車，MP4/1 的問(wèn)世。它輕巧、堅(jiān)固，在安全方面實(shí)現(xiàn)了巨大的飛躍，至今仍對(duì)賽車設(shè)計(jì)產(chǎn)生著巨大的影響。

    迄今為止，碳纖維仍然在 F1 中扮演著舉足輕重的角色—— 占現(xiàn)代 F1 賽車結(jié)構(gòu)重量的 70% 左右。但是，如果有一種更便宜、更可持續(xù)的替代品呢？

    邁凱輪與瑞士可持續(xù)輕量化專家Bcomp合作開(kāi)發(fā)出了天然纖維復(fù)合賽車座椅—— 這是第一個(gè)由可再生紡織纖維制成的 F1 賽車部件。通過(guò)織物結(jié)構(gòu)優(yōu)化亞麻纖維的機(jī)械性能，使座椅具有所需的強(qiáng)度和剛度，但與碳纖維相比，二氧化碳排放量下降了75%。

News

亞麻纖維是怎樣應(yīng)用的？

 Bcomp 專有的 powerRibs?技術(shù)的靈感來(lái)自于葉子背面的細(xì)脈，它在座椅的一側(cè)提供了一個(gè)極其輕巧的高性能天然纖維三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，用來(lái)加固 Bcomp 的優(yōu)化紡紗和亞麻纖維增強(qiáng)織物，ampliTex?。powerRibs? 通過(guò)將亞麻纖維加捻形成粗紗，作為與之粘合的 ampliTex? 亞麻織物的骨架。 

    powerRibs?可以使彎曲剛度增加三倍，從而減少材料使用和重量，同時(shí)提高減震效果。當(dāng)powerRibs?與ampliTex?技術(shù)面料結(jié)合使用時(shí)，它會(huì)形成完全天然的纖維鋪層，與碳纖維的性能相匹配。同時(shí)，在增強(qiáng)碳纖維和玻璃纖維方面也表現(xiàn)出色。

一、高性能、可持續(xù)、輕量化

    亞麻是一種不含二氧化碳的原料，其纖維可以被研磨成新的基材或熱回收，而不會(huì)產(chǎn)生殘留廢物。同時(shí)，亞麻的機(jī)械性能使其成為高性能復(fù)合材料中有吸引力的可再生原料。亞麻纖維的管狀結(jié)構(gòu)提供了低密度和高剛度，從而有機(jī)會(huì)減輕重量，同時(shí)提高減震性以及抗斷裂、抗扭轉(zhuǎn)和抗壓縮能力，比任何同等的碳材料輕 9%，并具有明顯更好的減震效果。

    筆者在此基礎(chǔ)上了解到，大多數(shù)亞麻纖維增強(qiáng)聚合物（FFRP）受限于其低強(qiáng)度和低濕性性能。天然纖維增強(qiáng)聚合物 （NFRP） 復(fù)合材料仍限于非結(jié)構(gòu)或亞結(jié)構(gòu)應(yīng)用，例如汽車、飛機(jī)和建筑的內(nèi)部。

    將亞麻和碳纖維混合被認(rèn)為是一種有效方法，可以結(jié)合亞麻纖維（環(huán)保、低成本）和碳纖維（卓越的機(jī)械和熱液抗性）的優(yōu)點(diǎn)。雖然碳纖維增強(qiáng)聚合物 （CFRP） 具有優(yōu)異的拉伸性能，但其韌性有限。同時(shí)，與FFRP相比，生產(chǎn)出的雜交材料比天然纖維具有更好的剛度和強(qiáng)度。

    上圖顯示了四種類型的板的拉伸應(yīng)力和應(yīng)變曲線。與 CFRP 不同，F(xiàn)FRP 表現(xiàn)出明顯的非線性行為，其產(chǎn)生于亞麻纖維獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。與碳纖維的混合降低了所得復(fù)合材料的整體非線性。與純FFRP復(fù)合材料相比，亞麻織物和碳纖維的混合使拉伸強(qiáng)度和模量增加。無(wú)論碳層位于兩表面還是三復(fù)合材料的核心，兩個(gè)混合系統(tǒng)的強(qiáng)度和模量都大于純FFRP的強(qiáng)度和模量。

二、緩震與保護(hù)

   由于 Bcomp 的 ampliTex? 亞麻織物和 powerRibs? 技術(shù)，其性能提高了五倍。這種天然纖維材料具有更強(qiáng)的吸震性和抗沖擊性，非常適合用于駕駛座。

    當(dāng)它斷裂時(shí)，與碳纖維不同，通過(guò)使損傷區(qū)變硬并加以限制，不容易發(fā)生脆性斷裂和劈裂。在 powerRibs? 的幫助下，較軟的碎片仍然附著在主結(jié)構(gòu)上，有助于消散能量。在賽道上發(fā)生的事故中，碰撞后產(chǎn)生的碳纖維碎片使車手的比賽變得支離破碎。在賽車前翼端板和底板使用天然纖維復(fù)合材料，可以減少碳纖維碎片，從而降低爆胎的風(fēng)險(xiǎn)。

    筆者稍做了解，碳纖維和亞麻纖維的混合可以提高復(fù)合材料的能量吸收能力。雖然CFRP復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和耐用性，但韌性有限，不適合能量吸收應(yīng)用，而FFRP具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)和低密度的優(yōu)勢(shì)?；旌峡梢愿纳铺烊焕w維和合成纖維的最大弱點(diǎn)，同時(shí)生產(chǎn)具有出色沖擊能量吸收和更好的承載能力的環(huán)境友好型材料。在能量為4 J的沖擊下，麻纖維/玻璃纖維混合復(fù)合材料的固有強(qiáng)度和剛度僅損失30%，而在同樣的沖擊能量下，麻纖維復(fù)合材料的損耗為70%。

    如上圖所示，能量為104 J的沖擊時(shí)，材料強(qiáng)烈振蕩，曲線顯示較大的沖擊波。亞麻纖維的內(nèi)部細(xì)胞腔結(jié)構(gòu)具有更大的可變形性。5F 層壓板的峰值反應(yīng)力低于其他配置，峰值負(fù)載時(shí)存在擴(kuò)展的高原就證實(shí)了這一點(diǎn)。與 5F 復(fù)合材料相比，CFFFC 和 FCFCF 混合復(fù)合材料的初始損傷點(diǎn)都較高。CFFFC 樣品具有巨大的能量吸收潛力。與5C樣品相比，F(xiàn)CFCF和CFFFC樣品的能量吸收率分別增加了13.25%和28.89%。

三、成本與發(fā)展前景

   Bcomp 的 ampliTex? 和 powerRibs? 解決方案與傳統(tǒng)的碳纖維相比，原材料成本降低了 30%，這種顯著的節(jié)約可以釋放出預(yù)算來(lái)探索其他提高賽車性能的方法，同時(shí)保持甚至提高性能。

    目前，大部分用于制造汽車零部件的模具，都是由碳纖維復(fù)合材料制成的，因?yàn)樗臒崤蛎浡实?。然而，亞麻纖維也具備這一特性，有可能使其成為適合于用標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合材料制造的性能部件的模具材料。擁有如此多的潛在應(yīng)用，天然纖維復(fù)合材料賽車座椅只是一個(gè)開(kāi)始。

特別聲明：本站所轉(zhuǎn)載其他網(wǎng)站內(nèi)容，出于傳遞更多信息而非盈利之目的，同時(shí)并不代表贊成其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述，內(nèi)容僅供參考。版權(quán)歸原作者所有，若有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。