碳纖維：電動車新材料解決方案

提到碳纖維和車，大部分人首先想到的可能會是F1賽車。碳纖維是一種超輕量高強度的優(yōu)異材料，也是昂貴的代名詞。在寶馬i3之前，從未有過一家汽車廠商在大批量生產(chǎn)汽車上使用碳纖維材料，更遑論全碳纖維制作的車身。隨著架構(gòu)和車身組成的發(fā)展，i3上已經(jīng)沒有任何細小零件，寶馬的管理層因此稱i3為“變革者”。那么i3的車身結(jié)構(gòu)上到底隱藏著什么秘密呢？



在大部分車的車身和框架都是采用整體結(jié)構(gòu)的時候，寶馬在i3上提出了模塊概念。構(gòu)成i3的兩個模塊被稱之為乘員模塊和行走模塊。行走模塊采用全鋁制底盤，構(gòu)建出穩(wěn)健的基礎(chǔ)，并在結(jié)構(gòu)內(nèi)集成有電池、動力系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)功能模塊和基礎(chǔ)碰撞模塊。乘員模塊則主要由一個高強度且極輕的CFRP材料（碳纖維強化塑料）制成的客艙構(gòu)成。 123456
這些由重量輕強度大的材料——鋁和碳纖維——制成的模塊主要是為了降低i3的重量并提高他的能量效率。不過對于一般的車來說，大量的使用鋁已經(jīng)夠少見了，更不要說碳纖維。
相比1525千克的328i Coupe和1455千克的128i Coupe，i3的整車重量僅為1270千克。更輕的重量可以減小汽車行駛時的能耗，所以i3可以在容量僅為22千瓦時的電池帶動下跑出130公里的續(xù)航里程（尚未被美國環(huán)保局認證），這在其他電動車上電池容量至少需要24千瓦時。



前面我們一直提到碳纖維，碳纖維是什么？為何它如此重要呢？碳纖維是一種強度非常高也非常輕的材料，同時價格也很昂貴。它被廣泛地應(yīng)用在高強度質(zhì)量比的汽車上，比如眾所周知的F1賽車。i3上使用的碳纖維材料被稱之為碳纖維強化塑料，其中碳纖維全部由碳原子組成，而強化塑料是指在用樹脂將碳纖維粘合后再用塑料加固，然后就可以用來制作車身了。 內(nèi)容來自123456
碳纖維強化塑料不止是輕，還很堅固——是鐵的十倍，并且可以在碰撞時吸收巨大的能量。碳纖維強化塑料的特性使得i3在高速碰撞下依然可以保持車身不變形，而即使車身被撞毀了，也能給車內(nèi)乘員提供一個安全空間。
同樣因為乘員模塊的高強度特性，i3上取消了B柱。前門與A柱相連，后門與C柱相連，這讓人們上下車變得很方便。



碳纖維強化塑料量產(chǎn)的造價不菲，越大的車越是如此。為了降低成本，寶馬研究出了一種新的制造工藝。i3的碳纖維制造工廠坐落于華盛頓摩西湖，由寶馬和西格里汽車碳纖維公司合資建成。工廠的年產(chǎn)量是1500噸，占全球碳纖維強化塑料出產(chǎn)總量的10%。
未經(jīng)過強化的碳纖維的制造過程需要大量的能量，因此要想真正做到降低成本，他們需要找到價格低廉的可再生能量來源。摩西湖加工廠設(shè)備全部是電力驅(qū)動，其能量供給來自于哥倫比亞峽谷大壩的水力發(fā)電廠。 123456
利用寶馬歷經(jīng)十幾年而研發(fā)出的加工技術(shù)，碳纖維在瓦克斯多夫被壓成薄片，然后在蘭茨胡特和萊比錫被制成碳纖維強化塑料（萊比錫工廠采用風(fēng)力發(fā)電。）。其中關(guān)鍵的一步是通過高壓噴射液態(tài)樹脂（樹脂傳遞成型工藝）來粘合碳纖維。
i3行走模塊所使用的碳纖維強化塑料就是經(jīng)此加工而成。與傳統(tǒng)的汽車架構(gòu)相比，它所使用的零部件要少很多。



既然碳纖維強化塑料是由碳元素而不是金屬制成，那么是不是就能想當(dāng)然地說這些碳元素是提取自可再生資源呢？事實上，西格里公司從未宣稱這些碳纖維強化塑料的原材料是可再生資源，僅僅是說他們利用可再生能源來進行制造。這些碳纖維的原材料是聚丙烯腈——一種亞克力材料而非植物。
不過碳纖維材料卻能很容易地進行回收再利用。寶馬旗下的工廠可以在不破壞碳纖維的情況下去掉其中的粘合樹脂，然后將它們用來制作新的組件。但這是針對正常“退休”的車身而言。鑒于碳纖維相比鋼和鋁合金極差的可塑性，在受到足夠強烈的撞擊后，碳纖維就會變成一堆碎片。鋼制車身撞毀后可以再度熔煉，撞成碎片的碳纖維如何回收？不知道寶馬有沒有研究過這個問題。 本文來自123

小結(jié)：

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，但是什么樣的科學(xué)技術(shù)能夠真正地帶來發(fā)展和進步還需要企業(yè)的慧眼如炬。在大多數(shù)企業(yè)卯足了勁研究電池和電動馬達時，從十幾年前就開始研究碳纖維加工工藝的寶馬眼光不可謂不犀利。或許在日產(chǎn)聆風(fēng)和雪佛蘭沃藍達相繼折戟中國市場之后，我們可以期待i3能有不一樣的表現(xiàn)。