一体成型碳纤维复合材料（CFRP）皮卡车货箱的创新性和耐用性

1. 前言

GMC在2019款Sierra车型上开创了一个前所未有的创新，为Sierra 1500车型引入了CarbonPro版本，采用的CarbonPro车厢是碳纤维复合材料的首次应用，具有超级抗凹痕、抗划痕和耐腐蚀性。

通用汽车公司全球副总裁邓肯·阿尔德雷德表示：“CarbonPro采用了与七位数价格的超跑甚至航空航天领域中应用的相同原材料制成”。

图1 碳纤维复合材料皮卡货箱

2. CarbonPro货箱的主要优点

· 强度、耐久性和耐刮擦性：碳纤维复合材料提供了行业最耐刮擦、凹痕和耐腐蚀的车厢地板。

· 耐腐蚀性：碳纤维复合材料的耐腐蚀性，使得车厢底板可经受住风化，并在卡车的使用寿命周期中保持优质的外观。

· 减轻重量：CarbonPro货箱底板的重量比传统的钢床轻25%，减轻了大约60磅的车辆重量。它的纹理表面也消除了对床内衬的需求，从而能进一步节省车辆重量。

· 更大的体积：CarbonPro货箱底板的设计实现了最大的装货空间，将Sierra的容积增加了1立方英尺。

· 更多功能：CarbonPro货箱具有专门为带泥土的轮胎设计的凹痕，并在在货箱前部设置了两个额外的拉紧结构。

图2 碳纤维复合材料车厢耐磨性

图3 为装运摩托车设计的凹槽结构

图4 固定摩托车的挂环结构

3. 严格的验证测试

CarbonPro货箱经过严格的开发过程，以确保皮卡车货箱的长期耐用性和功能性。

验证测试的内容包括：

· 坠落测试：在CarbonPro货箱上反复坠落大型和重型负载，以模拟极端使用的场景。测试包括从不同高度摔落煤渣块、1800磅重的石头和450磅重的装满水的钢桶。

· 耐腐蚀测试：对CarbonPro货箱进行了酸碱等腐蚀测试，碳纤维复合材料本身就具备优异的抗腐蚀性。

· 雪地摩托测试：一名250磅重的骑手骑着一辆有金属钉的雪地摩托全速开上货箱，货箱底板仅有轻微的划痕。

· 极端温度测试：在亚利桑那州的尤马和安大略省的卡普斯卡辛进行了验证工作，以确保CarbonPro在恶劣的环境中保持性能稳定。

· 发电机测试：高温暴露包括将便携式发电机的排气直接对准车厢底板的角落，以验证热量和振动不会使底板劣化。

图5 装满水的铁桶的落下试验

图6 碳纤维复合材料车厢的抗冲击性

4. 一次成型满足所需功能

由于碳纤维复合材料的可成形性，使得其侧壁可被最大限度外延，因此CarbonPro货箱提供了同类车厢中最佳的货物容积。

一次性成型的表面凹凸底板，不仅可增加摩擦力，由于表面光滑，也易于清扫碎屑及污物。

因为碳纤维复合材料本身具有优质的表面，所以无需涂漆，且对紫外线稳定。

图6 碳纤维复合材料一次成型的结构，表面光滑，易于清扫

5. 其他优点

· 无需货箱内衬：因为碳纤维复合材料非常坚固耐磨，所以不需要货箱内衬来防止损坏。

· 不需要后轮内衬：由于CarbonPro与铝或钢相比具有更高的耐冲击性，因此不需要单独配备车轮内衬。

· 有效载荷增加：由于碳纤维复合材料比钢铁轻，比同型号的钢铁货箱的有效载荷至少高出59磅。

图7 碳纤维复合材料货箱厢不需要后轮内衬

6. 结束语

CarbonPro版的主要好处是重量更轻。GMC表示，这种复合货箱比同样装备的Sierra钢制货箱减掉了60磅。此外，该汽车制造商还表示，由于碳纤维货箱已经提供了通常由这些额外功能提供的保护和抓地力，因此不需要在货箱上安装衬垫，可以节省更多重量。GMC表示，CarbonPro货箱提供了一流的货运量，更不用说一流的凹痕，划痕和腐蚀保护。

作者：方鲲1，2        刘康1，2       薛忠民3      赵谦4       乔治5

来源：1.北京热塑性复合材料工程技术研究所  2.北京纳盛通新材料科技有限责任公司  3.中材科技股份有限责任公司  4.中材科技股份有限责任公司 特种纤维复合材料国家重点实验室  5.中化集团塑料公司