车用亚麻纤维究竟是什么?
如何制作,能替代碳纤维吗?
能代替铝合金,作为悬挂部件吗?
宝马近期宣布,将率先在其M系列量产车上使用一种新型的亚麻纤维复合材料,亚麻纤维和碳纤维有啥区别?
亚麻纤维是什么?
亚麻纤维是从亚麻植物的茎秆中提取的天然纤维,这种植物也是我们熟悉的亚麻布的原料。亚麻纤维由纤维素纤维组成,抗拉强度和刚度都达到了一定的标准,可以做成各种面板,这意味着在一些零部件上可以取代昂贵的碳纤维,比如尾翼、发动机盖、保险杠、车顶以及一部分内饰面板。
想要代替碳纤维,必须有个核心特点,那就是“够轻”,亚麻纤维密度通常可以达到1.40 g/cm³,明显低于玻璃纤维,甚至低于碳纤维(约 1.8 g/cm³)。这意味着在轻量化方面,亚麻纤维具备天然优势。在生产生命周期中,亚麻纤维的能耗也低于碳纤维,不需要像碳纤维那样,在制造过程中经历 3000°C 的高温碳化工艺。
虽然亚麻纤维在强度不如碳纤维,但通过合理设计复合结构,可以成为碳纤维的平替。
亚麻纤维如何制作?
亚麻纤维的加工流程相对环保。首先将亚麻植物茎秆经过机械和化学方法提取纤维,然后将这些纤维编织成织物。在复合材料制造环节,做好的织物与生物基或热塑性树脂结合,形成可模塑性的复合材料。为了增强强度,瑞士公司Bcomp还开发了Powerribs网格结构,用亚麻纤维编织出加强筋,提升部件的结构性能。
在成本方面,亚麻纤维原料成本低廉,亚麻广泛种植,且无需大量化肥农药。同时生产过程中的二氧化碳排放比传统碳纤维复合材料低了大约40%,同时废旧产品还可以回收利用,在讲究低碳环保的今天,显然亚麻纤维更符合环保标准。
亚麻纤维的密度只有铝合金的一半左右,也就是说,同样尺寸,只有铝合金一半的重量,同时抗拉强度在500-1500Mpa之间,可以取代钢材,比铝合金更高,弹性模量在30-70GPaz之间,接近铝合金的70GPa,这是体现材料硬度的单位,数值越大,材料的刚度越高,这意味着刚度已经接近铝合金。但亚麻纤维目前的生产成本依旧高于铝合金,作为悬挂承重部件存在高成本的问题,因此主要应用在内饰件、外观覆盖件或次承载结构中,而不是直接替代铝合金这种结构金属。
目前哪些公司在开发亚麻纤维?
目前,多个汽车制造商已开始研究和使用亚麻纤维复合材料,尤其是在赛车领域,早在2019年,宝马就已在其Formula E赛车中首次使用了亚麻纤维增强部件。此后,宝马M4 DTM、M4 GT4等车型也相继采用了这种复合材料,在比赛中实际测试。
当然这并非宝马的专利产品,而是与Bcomp合作研发,宝马通过其风投部门I Ventures投资了Bcomp。这是一家成立于2011年的公司,一直致力于亚麻纤维高性能滑雪板,之后逐步应用到汽车领域。Bcomp的Amplitex织物由欧洲亚麻纤维制成,经过不同的编织方式和树脂浸渍处理,在外观效果上也能展现出天然纤维的美感,和碳纤维的纹理类似。
除了宝马,其他车企也在积极开发和使用亚麻纤维材料。大众旗下的Cupra已在座椅中使用了Bcomp的材料,起亚则在EV3和EV4概念车的内饰中应用了这种材料,极星在极星3中也使用了类似的天然纤维复合材料。沃尔沃的Concept Recharge概念车和保时捷的718 Cayman GT4 Clubsport也都采用了亚麻纤维。
选车侦探观点:亚麻纤维作为一种更环保的替代材料,在汽车行业的应用前景广阔。随着宝马率先在M系列量产车上应用这一材料,其他车企预计也将跟进,虽然目前亚麻纤维无法完全替代铝合金或碳纤维,但在轻量化、环保性以及成本控制方面,提供了一个新的选择。大家觉得这种材料未来会大量用在汽车上吗?欢迎讨论。