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碳纖維為什麼仍未普及?又輕又強,為何只有少數汽車使用?

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▲ 碳纖維又輕又強,卻仍未成為普通汽車的主要材料。(Move Auto製圖) 提到碳纖維,許多人首先想到的,往往是賽車、超級跑車,以及價格不菲的高性能套件。它看起來又輕又強,為什麼發展多年後,大部分家用汽車仍然主要使用鋼和鋁? 碳纖維標誌性的黑色編織紋路,不但帶有強烈的競技氣息,也經常與“輕量化”“高剛性”和“高科技”聯繫在一起。 從引擎蓋、車頂、尾翼到整個乘員艙,碳纖維似乎具備成為理想汽車材料的所有條件。然而,材料性能優秀,不代表它就適合每年生產數十萬輛的普通汽車。 汽車材料除了要輕和強,還必須適合大量生產、控制售價、承受碰撞、方便維修,並在車輛使用壽命結束後有效回收。碳纖維真正面對的限制,正是出現在這些環節。 汽車上的碳纖維,其實是一種複合材料 汽車所使用的通常不是一整塊“純碳”,而是碳纖維強化塑料,英文稱為Carbon Fiber Reinforced Polymer,簡稱CFRP。 製造時,極細的碳纖維會先集合成纖維束,再按照零件的受力需要排列、編織或鋪設,最後與樹脂結合,經過加壓、加熱或其他成形程序固化。 在這種複合材料中,碳纖維主要提供強度與剛性;樹脂则負責固定纖維、維持零件形狀,並把負荷傳遞到不同纖維之間。 碳纖維的性能也具有明顯的方向性。纖維沿哪個方向排列,材料在該方向通常就有較好的承載能力;若受力方向改變,表現也可能不同。 因此,碳纖維零件不能只用厚度判斷強弱,而必須把纖維方向、層數、樹脂種類、零件形狀和連接方式一起設計。 ▲ 汽車使用的碳纖維零件,多數是由纖維與樹脂組成的CFRP複合材料。(Move Auto製圖) 大家熟悉的棋盤式紋路,只是其中一種編織方式。有些結構件會採用單向纖維、短切纖維或片狀模塑材料,表面未必能看到清楚的編織紋路。 市面上的“碳纖維紋”貼膜、水轉印和塑料飾板,也可能只是模仿外觀,並不具備真正碳纖維結構件的輕量化和承載作用。 碳纖維到底能輕多少? 碳纖維複合材料的優勢,不只是密度較低,而是工程師可以按照受力方向設計零件,在達到特定強度和剛性要求的同時減少重量。 美國能源部指出,碳纖維強化複合材料若應用在合適的汽車零件上,部分零件經過重新設計後,減重潛力可達約50%至75%。 不過,這並不代表把一塊相同厚...

現代汽車為什麼用了這麼多塑料?不只是為了降低成本

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提到汽車材料,很多人首先想到的仍是鋼鐵。然而,走進一輛現代汽車,塑料早已遍布儀表台、車門飾板、保險桿、頭燈、引擎艙和電氣系統。車廠大量使用塑料,真的只是為了降低成本嗎? 早期汽車確實帶有濃厚的“鋼鐵機器”形象。車身、保險桿、儀表板甚至部分內飾,都能看到金屬的存在。 現代汽車卻完全不同。中央控制台、座椅泡棉、輪拱內襯、底盤護板、進氣管路、冷卻系統零件和電氣接頭,都可能由塑料或塑料複合材料製成。 歐盟研究資料指出,一輛汽車可能含有約240公斤塑料,占整車重量約14%至18%。塑料已不是汽車裡可有可無的裝飾,而是現代汽車設計的重要材料。 車廠採用塑料的確涉及成本,但事情遠比“塑料比較便宜”複雜。 汽車裡的塑料不是同一種材料 日常生活中,我們習慣把各種聚合物材料統稱為“塑料”,但汽車使用的塑料種類很多,性能也有很大差別。 保險桿外殼需要承受日曬雨淋、輕微碰撞和車身震動;頭燈燈罩必須保持透明、耐熱和抗衝擊;儀表台材料則要兼顧觸感、耐刮、抗紫外線和低氣味。 引擎艙內的塑料更可能長期面對高溫、壓力、油氣、冷卻液和化學物質。因此,用於車門飾板的塑料,不能直接拿來製造進氣歧管;用於座椅泡棉的材料,也無法承擔車身結構的負荷。 汽車常見的塑料包括聚丙烯、ABS、聚碳酸酯、聚醯胺和聚氨酯,也有加入玻璃纖維的強化塑料。部分材料負責外觀和觸感,部分負責隔音、緩衝、絕緣或耐熱,也有一些能在特定位置取代金屬。 因此,“塑料零件”並不必然代表脆弱或廉價。真正需要判斷的是車廠使用哪一種材料、放在什麼位置,以及它能否承受實際工作環境。 ▲ 現代汽車的塑料不只用於內飾,也廣泛分布在外觀、引擎艙與電動系統。 減輕重量,是採用塑料的重要原因 汽車重量越高,引擎或電動馬達就需要消耗更多能量,才能讓車輛加速、爬坡和改變方向。 美國能源部指出,車輛重量減少10%,燃油經濟性可能改善約6%至8%。塑料和玻璃纖維強化複合材料的密度一般低於鋼材,因此適合用在不需要承擔主要車身負荷,卻占有相當體積的部位。 例如,車門飾板、中央控制台、輪拱內襯和底盤護板,需要保持形狀、遮蓋零件或引導氣流,卻不一定需要鋼板的重量和強度。 對電動車而言,輕量化更加重要。電池和電動馬達增加了車重,其他零件若能減輕重量,便...

Lotus Emira 420 Sport登場:420PS、輕25公斤,首度加入可拆式玻璃車頂

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▲ Emira 420 Sport提供專屬Tangelo Orange橙色,並針對輕量化、冷卻與空氣力學進一步升級。(圖:Lotus Cars Malaysia) Lotus正式發表Emira 420 Sport,成為目前性能最強、重量最輕,並擁有更完整空氣力學升級的Emira車型。 新車搭載2.0公升渦輪增壓四缸引擎,可輸出420PS及500Nm,搭配8速雙離合變速箱,從靜止加速至62mph、約100km/h只需3.9秒,極速則達186mph。 Emira 420 Sport定位在現有Emira車系頂端。除了增加動力,Lotus也針對車重、懸吊、空氣力學、冷卻系統及駕駛回饋進行調整,讓新車更適合同時應付一般道路與賽道駕駛。 選配套件讓車重減少25公斤 Emira 420 Sport可選配Lightweight Handling Pack。裝上這套輕量化操控套件後,新車重量比Emira Turbo減少25公斤,同時增加25公斤下壓力。 套件內容包括雙向可調Multimatic避震器、鈦合金排氣系統、鋰離子電池、碳纖維部件及高性能輪胎,並加入Lotus Track Performance應用程式,讓駕駛者記錄及分析賽道單圈時間。 需要注意的是,官方公布的減重及下壓力提升數據,是以選配Lightweight Handling Pack的車輛為基礎,並非所有Emira 420 Sport均具備相同配置。 重新調整空氣力學與冷卻系統 外觀方面,Emira 420 Sport加入新前擾流板、重新設計的前方通風口、延伸側裙、更大的進氣口、後方小型尾翼及百葉式尾門。 這些改動不只改變外觀,也改善車輛在高負載駕駛時的散熱與穩定性。 根據Lotus公布的數據,外側散熱器的氣流增加15%,中央散熱器氣流增加14%,煞車冷卻效果提升10%,排氣閥周圍氣流則增加30%。 Lotus指出,這些空氣力學調整沒有增加明顯風阻,主要目的是讓引擎、煞車及冷卻系統在賽道等高負載環境下維持更一致的表現。 部分造型設計亦參考品牌過往的Esprit Turbo,在現代空氣力學需求之外,保留一些Lotus經典跑車元素。 車高降低5毫米 底盤方面,Emira 420 Sport的車高降低5毫米,並配合重新調校的懸吊設定及高性能...