碳纤维汽车可以解决许多问题

未来的高速公路可能会装满更轻、更清洁、更节能的汽车,这些汽车部分是由回收塑料、木浆和纤维素制成的木质素制造的。

然而,首先,研究人员在能源部橡树岭国家实验室作为福特(Ford)、通用汽车(General Motors)和戴姆勒-克莱斯勒(DaimlerChrysler)财团的一员,该公司必须想出如何降低碳纤维复合材料的成本。如果他们能成功地开发出大量可再生的碳纤维原料,橡树岭国家实验室的鲍勃·诺里斯相信他们将走上成功之路。

ORNL聚合物基复合材料集团的负责人诺里斯说:“如今,购买商用级碳纤维的成本在每磅8至10美元之间,目标是将这一数字降至每磅3至5美元之间。”。按照这个价格,汽车制造商每年在汽车制造中使用100多万吨复合材料——每辆车大约300磅复合材料——将变得可行。

碳纤维的最大优点是,它的重量是钢的五分之一,但强度和硬度一样,这使得它成为汽车结构或半结构部件的理想选择。根据一些研究,替换现有汽车中一半的黑色金属可以使汽车重量减轻60%,油耗降低30%。由此带来的燃油效率的提高,部分原因是小型发动机可用于轻型车辆,也将减少10%至20%的温室气体和其他排放。

所有这些都不会牺牲安全性,因为计算机碰撞模拟的初步结果表明,碳纤维制成的汽车将与今天的汽车一样安全——甚至更安全。今天的一级方程式赛车按照规定必须由碳纤维制成,以满足安全要求。

在田纳西大学的支持下,ORNL的研究人员优化了来自可再生资源的替代形式的碳纤维前体的原材料和纺丝工艺,在开发廉价碳纤维复合材料方面取得了稳定的进展。欧洲杯足球竞彩

另一个重点是开发一种高效的碳纤维氧化工艺,这将显著提高这种原材料的产量并降低成本。一个很有希望的可能性是等离子体处理技术来快速氧化前体纤维。在这一领域,ORNL正在与大气辉光技术公司合作,这是一家从UT分离出来的高科技公司,拥有大气压力等离子体处理方面的专业知识。这是一种以非传统方式产生和使用等离子体的技术——在开放的大气中,而不是在惰性气体和极低压力等精心控制的环境中。

ORNL还建立了一个模块化碳纤维研究试点生产线,以评估这些革命性的新工艺与传统工业工艺的可比性。

诺里斯说:“我们的目标是向碳纤维生产商展示和转让这项技术,这些生产商可能是现有的碳纤维生产商,也可能是林产品行业的公司。”。

研究人员还在努力开发技术,以实现大批量、低成本加工碳纤维、混合玻璃-碳纤维和增强热塑性材料形式。此外,ORNL最近安装了一种先进的预成型机,其特点是一个机器人驱动的手臂,切割和喷洒纤维和粘合剂的粉末形式,以创建纤维预成型。在温度升高后,坯体在模具中注入树脂,并在压力下进行固结,形成最终的零件。

Norris表示:“预成型工艺是制造聚合物复合材料结构和半结构汽车零部件的第一步,这些零部件将比它们将要取代的金属部件更轻,且具有成本竞争力。”

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