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兰博基尼上用的锻造复合材料(Forged Composite) 与普通碳纤维相比先进在哪?

对车的了解不多,查了下题主提到的那些车,其实还是用碳纤维材料代替传统的金属材料以达到减轻重量的目的。 其原因在于碳纤维的比强度(什么是比强度:比强度_百度百科)很高,也就是说在满足车辆应该有的强度标准下,可以大幅减轻重量,也就可以达到省油、提速等等效果。

其实你这个问题提的比较模糊,锻造是一种很传统的金属材料热加工方式,复合材料的覆盖范围很广,碳纤维也不是简单的碳纤维。

我还是来上概念好了。

1、碳纤维

其实 @fengwei liu答案中给的链接介绍的已经很详尽了,就是读起来感觉零零散散的,比较口头化,但是毕竟搬很多专业名词上来也不会有什么帮助,所以归纳一下。

首先是碳纤维定义,然后是依次是发展史、结构、强度划分、成型方法以及应用。

2、复合材料

复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观形式复合而成的多相材料。复合材料的组元一般分为基体和增强体。

通俗的说,以钢筋混凝土为例,水泥只是水泥,但是往水泥里面加入砂石制成混凝土,再浇注到钢筋结构中,就可以大大提高材料性能。这里就可以粗糙的把水泥理解为基体,砂石、钢筋为增强体。

3、锻造(forging)

具体概念我也不粘贴来粘贴去了,直接上链接锻造_百度百科热加工_百度百科

锻造是将金属加热到塑性变形阶段,再进行成型加工,如合金钢需加热到形成均匀奥氏体后。温度低塑性不好,易产生裂纹,温度过高金属件易过分氧化,影响加工件质量。

通俗地说就是加热使材料变软然后成型成为人们想要的形状。

碳纤维属于符合材料的增强体,是一种无机非金属纤维。要用到产品上,就必须成型。

有了以上概念再来看锻造复合材料(forged composite),只能由文字来推测直译为“经过锻造成型的复合材料”,也就是区别于如 @fengwei liu给的链接里说的那些传统成型的成型。

也许是一种新的工艺,可以提高产能或是获得更优性能等等。不是业内人士了解甚少。

P.S.

可以去搜索一个视频看一下:超级工厂 奥迪R8

其中详尽地说了R8从原材料(铝合金)成为一辆车的过程,应该会有所帮助。

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更新:

感谢@高炜亚提醒,这种材料叫做“Carbonskin”

在碳纤维技术上始终保持领先的兰博基尼品牌,不仅将该技术应用于车身结构中,同时也在探索将其拓展至更多全新的领域。与传统汽车座椅不同,Aventador J的座椅首次采用了兰博基尼刚刚申请专利的Forged COMPOSITE?(锻造型复合材料),其衬垫则是由更具弹性的碳纤维织物制成。

兰博基尼的专家们还特别为Aventador J研发出一种源于碳纤维的全新材料。这种物质名为“Carbonskin”,是由浸泡在环氧树脂中的碳纤维提炼而成,其纤维结构更稳定,表面摸起来更加柔软,并且是首次应用于汽车产品上。Aventador J的整个驾驶舱和座椅的部分区域都是由这种全新材料覆盖,颜色为亚光黑。可以肯定的是,未来这项专利技术的应用将会更多样化,甚至会出现在兰博基尼推出的高端服饰产品中。

(引用自兰博基尼Aventador J日内瓦车展全球首发

所以

(1)forged composite是一种专利,保密与否,具体技术细节外人都不清楚。

(2)Carbonskin,据以上描述应该是新的纤维加工方式做出来的碳纤维。

传统纤维的加工方式有:熔融纺丝、溶液纺丝,但它们都不适用于碳纤维的制造,碳纤维一般以有机物为原料,采用间接法制造,即气相法和有机纤维碳化法。

气相法不能制造连续长丝,有机纤维碳化则需要稳定化处理纤维,再在惰性气氛下煅烧碳化。

Carbonskin是由浸泡在环氧树脂中的碳纤维提炼而成,其纤维结构更稳定,表面摸起来更加柔软

应该是一种新的纤维加工方式。

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2014.11.04更新

感谢 @魏佳亮检索出了这一项专利,并且纠正了我的一个错误!

carbonskin不是碳纤维而是另一种新的源于碳纤维的复合材料,它的名字叫“carbonskin”,具体是什么我们都没有检索到。

【魏佳亮的回答(6票)】:

知乎处女答就献给这道题目了。

首先感谢给出这道题的人,之前我也没听说过这种成型方式。再感谢前面作答的朋友,我就不重复了。

先上结论,只在EI找到了专利的资料,而且只是介绍,比较简单,我会翻译的。cnki和web of science妥妥没有。

原文及链接

Engineering VillageAbstract: Recent composite technology research and development efforts have focused on new out-of-autoclave material forms, and automated processes that can markedly increase production efficiencies. In a fashion similar to the aviation industry, manufacturers of high performance automobiles are moving away from costly manufacturing processes based on manual lay-up of prepreg and autoclave cure. Since 2007, the research and development efforts at Lamborghini have aimed at reducing composite part cost and increasing production rate. This effort has culminated in the development of Forged Composite? technology, which is an advanced compression molding technique that utilizes carbon fiber sheet molding compounds. This publication constitutes the first public technical disclosure of both Forged Composite? and of the control arms manufactured using this technology. The process, which uses high pressures but conventional temperatures, is used to manufacture parts with complex geometries and subject to combined loadings, which were typically manufactured as aluminum and titanium forgings. This technology was used to manufacture the inner monocoque and the suspension control arms of the Sesto Elemento, a multi-million dollar composite technology demonstrator vehicle unveiled in September 2010 at the Paris Autoshow. This paper focuses on the development of the suspension control arms, which aim at a 30% weight reduction, as well as a cost and cycle time reduction with respect to the baseline forged aluminum construction.

这项技术2011年就申专利了(再一次证明了一项技术要工业化多么漫长),申请单位是Automobili Lamborghini Advanced Composite Structures Laboratory(兰博基尼居然有自己的复合材料结构实验室!)、Dept. of Aeronautics and Astronautics, University of Washington、Seattle, WA 98195-2400, United States 后面两家一个是Washington大学,还有一个懒得查 了。

说明如下:这是一种新的非高压成型的复合材料成型方式,并且可以实现自动化。和航空业一样,汽车业也在逐步放弃使用手工成型的预浸料方式以其他自动化工艺代替。07年以来,lamborghini的工程师发展了一种低成本高产率成型方式Forged Composite?,其原料是片状模塑料SMC(sheet molding compounds),Forged Composite?是高压常温成型的,可以制造复杂结构和受力复杂的部件,之所以叫forging是因为其成型过程和铝、钛等金属的类似。但是这项技术用来制造Sesto Elemento的转向杆。最后,这项技术期望转向杆可以减重30%,并且降低生产成本和周期,最终成本能够接近铝的。

(这翻译比考研简单多了。。。)接下来是我个人的一些看法,从关键的几句能猜测出,这还是SMC成型的一个改进吧,当然这是我个人观点(SMC复合材料_百度百科)原料应该是可以常温固化的树脂+碳纤维,所以 @徐瑞 上面说的可以更加柔软的特性我不知道怎么来的,当然也可能是我的信息来源不完整。其次,carbonskin没有在数据库内检索到,倒是市面上的各种报道都用了这个名词,因此我也没办法验证其真实性。最后,对

"Carbonskin,据以上描述应该是新的纤维加工方式做出来的碳纤维。

传统纤维的加工方式有:熔融纺丝、溶液纺丝,但它们都不适用于碳纤维的制造,碳纤维一般以有机物为原料,采用间接法制造,即气相法和有机纤维碳化法。

气相法不能制造连续长丝,有机纤维碳化则需要稳定化处理纤维,再在惰性气氛下煅烧碳化。"

表示一点看法,carbonskin肯定是一种复合材料,而非纤维,所以我觉得这个说法欠妥。

终于结束了,我也只是大四学生,有不正确的地方欢迎讨论。

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下午更新

答完之后觉得很多问题没有讲明白,还有的自己也很模糊,于是重新翻阅资料后补充一点

1.关于EI无法检索。。。。。。我忘了EI过几分钟就要再重新检索了,所以想看的直接搜forged composites,第一个就是,其实我把主要内容都复制过来了。

2.本着知识分子的精神再讲讲片状模塑料SMC,基体还是树脂,增强体是短纤或长纤的毡、无纺布等(注意不是连续纤维,也就是不是编制布)通过模具和压机,加热加压成型的复合材料。所以有一点没讲清楚的就在这,热固性树脂是一定要加热的(即使用低温固化剂),而forged composite可以常温固化说明其基体是热塑性的(和现在国外倡导可回收的理念也吻合),热塑性树脂的高粘度正好需要高压来成型。

3.SMC的模压成型方法只能归为低成本,快速自动化的复合材料生产方法,其力学性能指标是低于预浸料手糊成型的。所以我们也要认识到即使是几百万级的超跑也是要适当考虑成本问题的。

Conclusion:

这种成型方法我个人分析还是模压成型的升级版吧,还不至于牛逼到自成新的成型方法(况且我们不能一家汽车制造商去发明新的材料成型工艺是吧),forged composite也正像楼上朋友提到的,商家给他个帅气的新名词,反正买的起人又不是我等材料狗。最后还是要羡慕一句,我们国家复合材料行业什么时候才能高端起来。。。

【fengweiliu的回答(4票)】:

碳纤维应该是一样的,基本大家都是用的日本东丽(toray)之类的原材料。

这个Forged Composite指的是一种加工成型方式,区别于原来的编织方法。

P.S. 其实碳纤维在自行车领域的应用更广泛成熟,转一个百度贴:

【ZT】碳纤维介绍(不要看标题简单点进来看你就知道不一样)

【刘苍澜的回答(1票)】:

作为买了Hurucan的车主。。我得来说一句。。没感觉什么区别。。超跑快是必须的。。但买了这车的人好像不在乎省油和轻量化。。

【王璇的回答(0票)】:

普通的碳纤维复合材料生产效率比较低,相比于普通复合材料,先进锻造技术重回制造技术是一个很有前景的方向、锻造技术可以很好的保证结构内部的的应力状态、主要优点还是效率能大大提高

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