速度与激情的完美融合——碳纤维复合材料在F1赛车上的应用

“人生就像赛车，不加速就会被甩在后面。”2024年春节档电影《飞驰人生2》的这句台词，就像一道闪电，直击观众的心灵，也让人感受到了赛车的魅力所在。

无独有偶，4月21日，中国首位F1车手周冠宇在上海F1中国大奖赛正赛中获得第14名，成为F1历史上首位在中国站完赛的中国车手。据了解，方程式赛车和奥运会、世界杯并称全球三大赛事，目前在F1这条赛道上，中国选手只有周冠宇一个人。

无论是车身还是动力，F1赛车和普通的民用车有很大差异。今天我们就来聊一聊碳纤维复合材料在F1赛车上的应用：

F1赛车，作为世界上最快的赛车离不开其对新材料的使用。而想要赛车速度更快，减轻自身重量是一大关键因素，这时碳纤维就起到了不可替代的作用。碳纤维材料在F1赛车上的应用主要在其车身、刹车系统。

F1赛车作为竞技运动，除了追求速度，还要注重车手的安全隐患。为了减轻速度，同时保障车手安全，赛车需要寻找具有可以媲美金属材料的优异力学性能和较轻的重量的材料。由于碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa也高于钢。作为新材料的碳纤维复合材料完美符合这一需求，因此F1赛车的车身单体壳是由碳纤维复合材料制成。其具有耐疲劳性，优异力学性能，同时还具有较轻的重量。在使用这种材料之后，被称为无大梁单体结构（Monocogue）的车身基础部分的重量竟然不可思议地只有30KG。自此，这种优秀的材料从未离开过F1赛场。

传统汽车的刹车系统，分为鼓刹和盘刹。盘刹比起鼓刹更适用于高速制动的汽车。作为世界上最快的赛车F1方程式赛车的刹车碟盘是最容易磨损的刹车碟盘。由于赛程限制，F1赛车的刹车碟盘需要具有高耐磨性。传统的刹车碟盘是由铸铁制作而成。但是，F1赛车比赛过程中，赛车会从300公里/h的时速迅速降至80公里/h，这过程对刹车碟盘伤害极大，传统铸铁刹车片不足以支持赛车比完全程比赛，赛车需要一种极耐磨材料作为刹车碟盘。而碳素晶格和碳纤维合成的特殊复合材料也符合这一需求。碳纤维复合材料良好的导热性能，将刹车过程中产生的热能迅速传导散热，减少对材料自身的损害，另外，其压缩性能以及耐氧化、耐疲劳性的优异，使得碳纤维刹车碟盘使用寿命远远大于普通刹车碟盘，因此，F1赛车全都使用碳纤维刹车碟盘以提高刹车片的使用寿命。下图为碳纤维刹车盘。

F1赛车对碳纤维复合材料的大量使用，使得其自身速度的提升，对民用汽车具有借鉴意义。其车身使用碳纤维复合材料，在减轻车身自重的同时，也能保障驾驶员的安全，这对日常生活的交通工具具有较好的借鉴意义。如果飞机、汽车使用碳纤维材料制作而成的机身以及车身，那么自身的重量将会大概减少为原来的三分之一。这样一来，就会减少燃料的使用以及二氧化碳的排放，这具有良好的可持续发展性。但是，由于技术限制，碳纤维材料使用成本较高，日常生产生活使用不具有可行性。未来，相信随着技术的改进以及生产工艺的改良创新，碳纤维的生产成本也会随之降低，那么碳纤维应用在日常生活中也将越来越普遍。（本文是由复合材料体验馆根据相关资料编辑整理而成 ）

来源：复合材料体验馆

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