超耐磨全鋼輪胎問世，汽車輪胎進入碳纖維時代
2023-06-20
12110核心提示：不久前，玲瓏輪胎研發(fā)的碳納米管增強的超耐磨全鋼輪胎產(chǎn)品，榮獲第十八屆山東省青年職業(yè)技能競賽創(chuàng)新創(chuàng)效專項賽銀獎，成為山東省
不久前，玲瓏輪胎研發(fā)的碳納米管增強的超耐磨全鋼輪胎產(chǎn)品，榮獲第十八屆山東省青年職業(yè)技能競賽創(chuàng)新創(chuàng)效專項賽銀獎，成為山東省本屆該項賽事唯一入圍且獲獎的輪胎企業(yè)。
碳納米管被稱為“超級纖維”，是目前可制備出的具有最高比強度的材料。作為一種一維納米材料，碳納米管的長徑比極大、碳原子六邊形連接完美，具有獨特的結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)。
然而，碳納米管在橡膠基體中極其易團聚、難以分散，限制了在輪胎行業(yè)中的推廣應(yīng)用。
次輕量級的碳纖維車輪已經(jīng)得到了福特、通用和保時捷的認可，但在整個汽車行業(yè)內(nèi)，仍舊有許多人對其發(fā)展前景持懷疑態(tài)度。
當(dāng)下，有許多技術(shù)承諾都聲稱它們將在未來改變汽車行業(yè)，這個“未來”通常是不確定且未知的。登米德認為，碳纖維時代將很快到來，可能就在幾年之內(nèi)。
1、減重，增加續(xù)航
登米德的碳纖維研發(fā)與迪肯大學(xué)有著密不可分的關(guān)系。今天Carbon Revolution的工廠就在迪肯大學(xué)，登米德也曾帶領(lǐng)學(xué)校SAE（國際汽車工程師學(xué)會）方程式車隊進行工程研究。
在學(xué)校的時候，他和伙伴們用自制的玻璃纖維模具來鋪設(shè)13英寸（33cm）的小型車輪，以提高他們從零開始建造的賽車的性能。他們的制造能力在短時間內(nèi)逐漸增強，可以生產(chǎn)小批量的原型車輪，其中一些用于他們自己的車。登米德說：“當(dāng)我回頭再看時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時的成品其實挺粗糙的?！?/span>
Carbon Revolution公司就是從那個時候起開始飛速發(fā)展的。今天，他們?yōu)楸泵赖貐^(qū)數(shù)以萬計的汽車提供輕質(zhì)車輪——從法拉利和保時捷到福特野馬Shelby GT500和2023年雪佛蘭科爾維特Z06。盡管對高性能轎車來說，車輛減重已不是什么新鮮話題，但這個市場十分有限，登米德也開始熱衷于將碳輪轂推廣到潛力更加廣闊的市場，如電動汽車。
“與減少汽車其他部分的規(guī)模相比，減少車輪規(guī)模會產(chǎn)生倍增效應(yīng)。”登米德解釋說，“用更少的能量使車輪加速，在制動時用更少的能量使其減速。”
更少的能量使用立即能夠轉(zhuǎn)化為更大的續(xù)航里程。反過來，也有效地加快了充電的速度。而且，由于其材料特性，伴隨著優(yōu)化動力學(xué)的車輪設(shè)計逐步發(fā)展，碳纖維的重量優(yōu)勢也會隨之增強。
“用金屬當(dāng)然也能夠完成一個真正符合空氣動力學(xué)的車輪。但這樣的話，車輪會變得更重?！钡敲椎陆忉屨f。這一點在大直徑的車輪上變得特別明顯，比如雪佛蘭Silverado電動車上的24英寸（61cm）車輪。而同樣的尺寸，如果使用碳纖維材料，車輪可以減少多達45%的重量，這取決于客戶想要怎樣的耐久性。
“使用碳纖維，中空部分能夠有非常薄的壁結(jié)構(gòu)，不需要擔(dān)心重量也可以達成符合空氣動力學(xué)的風(fēng)格和性能。目前已經(jīng)有客戶對24英寸（61cm）和26英寸（66cm）的車輪感興趣，希望用來作為汽車的標準配置?！钡敲椎抡f道。
2、數(shù)不盡的耐用性測試
不管是實際使用過，還是新聞上看到過，很多人都對于時不時發(fā)生的碳纖維輪轂變形、開裂的小事故并不陌生。
談到它們的耐用性，登米德說這是一個絲毫不需要擔(dān)心的問題：“Carbon Revolution的首席執(zhí)行官杰克·丁格爾（Jake Dingle）有一輛寶馬320d，采用的便是自研發(fā)車輪。他住在墨爾本，每天開車200公里去工廠，之后再返回。5年里沒有出現(xiàn)過任何問題?！?/span>
登米德強調(diào)，目前在北美有大約4萬個碳纖維車輪在路上行駛。這在很大程度上可以說明，這一技術(shù)已經(jīng)處于基本成熟的階段。
車輪制造商會為碳纖維輪轂制定一系列標準，當(dāng)然，重要的是它的車輪必須達到這個標準，他們還需要通過汽車制造商的嗅探測試。因為汽車制造商才是那些如果出現(xiàn)任何問題需要為車主負責(zé)的企業(yè)。
同樣，換個角度看，我們都知道汽車公司大概是地球上一些最規(guī)避風(fēng)險的企業(yè)。如果它們不認為碳纖維車輪已經(jīng)準備好了，碳革命就不會有今天的成就。
但這一過程是漫長的，部分原因是每個車輪都要經(jīng)過長久的設(shè)計和測試過程。車輪制造商采用一種擬議的設(shè)計，并會模擬其抗疲勞和抗沖擊的表現(xiàn)，從使用的樹脂類型到每層的碳編織方向，將盡可能想到的所有因素都考慮在內(nèi)。
“客戶對耐用性測試的要求非常高，設(shè)計一個車輪并將其投入生產(chǎn)通常是兩到三年的過程?！钡敲椎陆忉屨f。
2023年雪佛蘭護衛(wèi)艦Z06上的可選碳纖維車輪將非簧載質(zhì)量減少了41磅（18.6KG）（圖源：雪佛蘭）
“在獲得模擬批準后，會對原型車輪展開一系列的實際上路測試，我們必須通過所有這些測試，然后它們才能被安裝到車輛上并投入使用?！比缓螅囍圃焐虝υ蛙囋俅芜M行自己的測試——這些車輪在到達客戶那里之前，經(jīng)歷了數(shù)不盡的測試。
3、價格走勢
登米德和他的同事們認為，正是這種經(jīng)過性能驗證、由OEM支持的技術(shù)可以使電動汽車更精簡，更環(huán)保。碳輪的減重和空氣動力學(xué)設(shè)計相得益彰，效率可能提高約5%。在一輛續(xù)航里程為300英里（483公里）的電動汽車上，僅僅更換車輪就能獲得15英里（24公里）的額外續(xù)航里程。
當(dāng)你就差了那么一點距離就可以開回家或到達最近的充電樁的時候，這個看起來不起眼的24公里可太關(guān)鍵了。而丹米德對碳纖維輪轂的價格走向同樣持樂觀態(tài)度。
現(xiàn)在的價格仍舊在持續(xù)走低，目前，一套售后碳輪轂價格在1.2萬美元左右，四五年后，隨著批量生產(chǎn)的增加，預(yù)期會降至大多數(shù)消費者都能夠接受的區(qū)間，一套低至2000美元都有可能。
裝備了碳纖維輪轂的車主經(jīng)常給出這樣的反饋，當(dāng)他們試圖向周圍朋友們介紹這個輪胎的時候，往往沒什么回應(yīng)。人們對新事物的接受程度似乎一直是這樣，對于碳纖維輪轂的理解也普遍不成熟。
更換碳纖維車輪和鋁制車輪沒有什么區(qū)別，只是目前，人們害怕有可能損壞昂貴的車輪。但是對于陌生車輪的不安很大概率會隨著價格的下降逐漸消失。
這種節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用有可能影響很多行業(yè)。從個人運輸?shù)胶竭\和車隊，在全球運輸能源消耗方面做出微小但關(guān)鍵的改變。最終，就像人類發(fā)展長河中的太多例子一樣，技術(shù)將無情地向前推進。
這與多年前卡車行業(yè)從鋼制車輪轉(zhuǎn)向鋁制車輪的情況相同。技術(shù)是不可磨滅的，節(jié)約和高效也是真實存在的，就像現(xiàn)在已經(jīng)在使用碳纖維輪轂的車主一樣，最終會有更多人發(fā)現(xiàn)它的好。這只是時間問題。
文章來源： 汽車商業(yè)評論，中國橡膠雜志
碳納米管被稱為“超級纖維”，是目前可制備出的具有最高比強度的材料。作為一種一維納米材料，碳納米管的長徑比極大、碳原子六邊形連接完美，具有獨特的結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)。
然而，碳納米管在橡膠基體中極其易團聚、難以分散，限制了在輪胎行業(yè)中的推廣應(yīng)用。
次輕量級的碳纖維車輪已經(jīng)得到了福特、通用和保時捷的認可，但在整個汽車行業(yè)內(nèi)，仍舊有許多人對其發(fā)展前景持懷疑態(tài)度。
當(dāng)下，有許多技術(shù)承諾都聲稱它們將在未來改變汽車行業(yè)，這個“未來”通常是不確定且未知的。登米德認為，碳纖維時代將很快到來，可能就在幾年之內(nèi)。
1、減重，增加續(xù)航
登米德的碳纖維研發(fā)與迪肯大學(xué)有著密不可分的關(guān)系。今天Carbon Revolution的工廠就在迪肯大學(xué)，登米德也曾帶領(lǐng)學(xué)校SAE（國際汽車工程師學(xué)會）方程式車隊進行工程研究。
在學(xué)校的時候，他和伙伴們用自制的玻璃纖維模具來鋪設(shè)13英寸（33cm）的小型車輪，以提高他們從零開始建造的賽車的性能。他們的制造能力在短時間內(nèi)逐漸增強，可以生產(chǎn)小批量的原型車輪，其中一些用于他們自己的車。登米德說：“當(dāng)我回頭再看時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時的成品其實挺粗糙的?！?/span>
Carbon Revolution公司就是從那個時候起開始飛速發(fā)展的。今天，他們?yōu)楸泵赖貐^(qū)數(shù)以萬計的汽車提供輕質(zhì)車輪——從法拉利和保時捷到福特野馬Shelby GT500和2023年雪佛蘭科爾維特Z06。盡管對高性能轎車來說，車輛減重已不是什么新鮮話題，但這個市場十分有限，登米德也開始熱衷于將碳輪轂推廣到潛力更加廣闊的市場，如電動汽車。
“與減少汽車其他部分的規(guī)模相比，減少車輪規(guī)模會產(chǎn)生倍增效應(yīng)。”登米德解釋說，“用更少的能量使車輪加速，在制動時用更少的能量使其減速。”
更少的能量使用立即能夠轉(zhuǎn)化為更大的續(xù)航里程。反過來，也有效地加快了充電的速度。而且，由于其材料特性，伴隨著優(yōu)化動力學(xué)的車輪設(shè)計逐步發(fā)展，碳纖維的重量優(yōu)勢也會隨之增強。
“用金屬當(dāng)然也能夠完成一個真正符合空氣動力學(xué)的車輪。但這樣的話，車輪會變得更重?！钡敲椎陆忉屨f。這一點在大直徑的車輪上變得特別明顯，比如雪佛蘭Silverado電動車上的24英寸（61cm）車輪。而同樣的尺寸，如果使用碳纖維材料，車輪可以減少多達45%的重量，這取決于客戶想要怎樣的耐久性。
“使用碳纖維，中空部分能夠有非常薄的壁結(jié)構(gòu)，不需要擔(dān)心重量也可以達成符合空氣動力學(xué)的風(fēng)格和性能。目前已經(jīng)有客戶對24英寸（61cm）和26英寸（66cm）的車輪感興趣，希望用來作為汽車的標準配置?！钡敲椎抡f道。
2、數(shù)不盡的耐用性測試
不管是實際使用過，還是新聞上看到過，很多人都對于時不時發(fā)生的碳纖維輪轂變形、開裂的小事故并不陌生。
談到它們的耐用性，登米德說這是一個絲毫不需要擔(dān)心的問題：“Carbon Revolution的首席執(zhí)行官杰克·丁格爾（Jake Dingle）有一輛寶馬320d，采用的便是自研發(fā)車輪。他住在墨爾本，每天開車200公里去工廠，之后再返回。5年里沒有出現(xiàn)過任何問題?！?/span>
登米德強調(diào)，目前在北美有大約4萬個碳纖維車輪在路上行駛。這在很大程度上可以說明，這一技術(shù)已經(jīng)處于基本成熟的階段。
車輪制造商會為碳纖維輪轂制定一系列標準，當(dāng)然，重要的是它的車輪必須達到這個標準，他們還需要通過汽車制造商的嗅探測試。因為汽車制造商才是那些如果出現(xiàn)任何問題需要為車主負責(zé)的企業(yè)。
同樣，換個角度看，我們都知道汽車公司大概是地球上一些最規(guī)避風(fēng)險的企業(yè)。如果它們不認為碳纖維車輪已經(jīng)準備好了，碳革命就不會有今天的成就。
但這一過程是漫長的，部分原因是每個車輪都要經(jīng)過長久的設(shè)計和測試過程。車輪制造商采用一種擬議的設(shè)計，并會模擬其抗疲勞和抗沖擊的表現(xiàn)，從使用的樹脂類型到每層的碳編織方向，將盡可能想到的所有因素都考慮在內(nèi)。
“客戶對耐用性測試的要求非常高，設(shè)計一個車輪并將其投入生產(chǎn)通常是兩到三年的過程?！钡敲椎陆忉屨f。
2023年雪佛蘭護衛(wèi)艦Z06上的可選碳纖維車輪將非簧載質(zhì)量減少了41磅（18.6KG）（圖源：雪佛蘭）
“在獲得模擬批準后，會對原型車輪展開一系列的實際上路測試，我們必須通過所有這些測試，然后它們才能被安裝到車輛上并投入使用?！比缓螅囍圃焐虝υ蛙囋俅芜M行自己的測試——這些車輪在到達客戶那里之前，經(jīng)歷了數(shù)不盡的測試。
3、價格走勢
登米德和他的同事們認為，正是這種經(jīng)過性能驗證、由OEM支持的技術(shù)可以使電動汽車更精簡，更環(huán)保。碳輪的減重和空氣動力學(xué)設(shè)計相得益彰，效率可能提高約5%。在一輛續(xù)航里程為300英里（483公里）的電動汽車上，僅僅更換車輪就能獲得15英里（24公里）的額外續(xù)航里程。
當(dāng)你就差了那么一點距離就可以開回家或到達最近的充電樁的時候，這個看起來不起眼的24公里可太關(guān)鍵了。而丹米德對碳纖維輪轂的價格走向同樣持樂觀態(tài)度。
現(xiàn)在的價格仍舊在持續(xù)走低，目前，一套售后碳輪轂價格在1.2萬美元左右，四五年后，隨著批量生產(chǎn)的增加，預(yù)期會降至大多數(shù)消費者都能夠接受的區(qū)間，一套低至2000美元都有可能。
裝備了碳纖維輪轂的車主經(jīng)常給出這樣的反饋，當(dāng)他們試圖向周圍朋友們介紹這個輪胎的時候，往往沒什么回應(yīng)。人們對新事物的接受程度似乎一直是這樣，對于碳纖維輪轂的理解也普遍不成熟。
更換碳纖維車輪和鋁制車輪沒有什么區(qū)別，只是目前，人們害怕有可能損壞昂貴的車輪。但是對于陌生車輪的不安很大概率會隨著價格的下降逐漸消失。
這種節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用有可能影響很多行業(yè)。從個人運輸?shù)胶竭\和車隊，在全球運輸能源消耗方面做出微小但關(guān)鍵的改變。最終，就像人類發(fā)展長河中的太多例子一樣，技術(shù)將無情地向前推進。
這與多年前卡車行業(yè)從鋼制車輪轉(zhuǎn)向鋁制車輪的情況相同。技術(shù)是不可磨滅的，節(jié)約和高效也是真實存在的，就像現(xiàn)在已經(jīng)在使用碳纖維輪轂的車主一樣，最終會有更多人發(fā)現(xiàn)它的好。這只是時間問題。
文章來源： 汽車商業(yè)評論，中國橡膠雜志
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