汽车轮胎是车辆的关键组成部分，对行驶安全和性能至关重要，轮胎的性能，包括强度、耐磨性和悬挂舒适性，直接影响着驾驶体验和交通安全，因此轮胎的设计和材料选择对汽车制造商和驾驶者都具有极大的重要性。

碳纤维作为一种高性能材料，已在众多领域取得了广泛的应用，包括航空航天、汽车工业和体育器材，碳纤维具有出色的强度、刚度和轻质特性，同时还具备耐腐蚀性和高温稳定性，这些特性使得碳纤维在轮胎骨架材料中的潜在应用引起了广泛关注。

碳纤维轮胎助力法拉利SF90跑车打破单圈用时记录

近日，由Carbon Revolution公司生产的碳纤维车轮再立新功，根据公司网站11月23日发布的最新消息，采用Carbon Revolution碳纤维车轮的法拉利超级跑车SF90 XX正式成为法拉利Fiorano测试赛道上跑得最快的公路车。SF90 XX创下了1分17秒309的成绩，比之前由SF90 Assetto Fiorano创下的基准成绩高出1.4秒。

Carbon Revolution（碳革命）公司成立于2007年，它是澳大利亚一家专业生产碳纤维车轮的公司，也是第一批在汽车行业完全商业化的碳纤维车轮的公司，并在2008年将碳纤维车轮推向市场。目前，Carbon Revolution（已经从单一的原型发展到为全球一些最负盛名的品牌大规模设计和制造车轮。

最初的车轮是手工制作的，如今Carbon Revolution 使用树脂传递模塑工艺。作为一家全球性技术公司和一级原始设备制造商供应商，已经成功地为全球汽车行业提供了轻质碳纤维车轮的创新、商业化和工业化供应。它拥有超过60000个碳纤维车轮，已经发展该行业公认的领导者。

自2018年的法拉利488 Pista超级跑车开始，Carbon Revolution已经为五款法拉利车型提供了20英寸、十辐碳纤维车轮。在此期间，法拉利在欧洲和北美的赛道上打破了圈速记录，其车辆均配备了轻量化的Carbon Revolution碳纤维车轮。

根据法拉利公司介绍，与该系列跑车此前采用的铝制车轮相比，碳纤维车轮重量可节省40%。非簧载、旋转质量的显著降低极大地提高了车辆的性能。更轻的车轮可以实现更好的加速，缩短停车距离，提高机械抓地力和更好的转向感觉。因此采用碳纤维车轮带来的优异结果是：赛道的各个部分都有了显著的改进，单圈时间也更快了。

SF90 XX由法拉利开发测试驾驶负责人Raffaele de Simone驾驶，它的单圈时间由专业的第三方汽车运动机构独立测量和认证。1030马力的插电式混合动力SF90 XX的速度比其他标志性的法拉利车型快2.0秒，比Enzo快5.3秒，比F50快10秒。

碳纤维在轮胎中的应用

1.轮胎结构概述

在探讨碳纤维在轮胎中的应用之前，有必要了解轮胎的基本结构，轮胎是一个复杂的产品，通常由多层材料组成，这些层次包括胎体、胎侧、骨架、胎肩和胎面等部分。

其中骨架承担着保持轮胎形状和提供强度支撑的关键作用，传统的轮胎骨架通常由钢帘线制成，这些钢帘线在内胎周围缠绕，以提供强大的支撑和稳定性。

2.碳纤维在轮胎骨架中的位置

碳纤维在轮胎中的应用可以是多方面的，尤其是在轮胎骨架中的位置，骨架的主要任务是保持轮胎的形状，防止变形和提供稳定的支撑。

传统的钢帘线骨架在这方面表现出色，但碳纤维具有潜力替代或增强其功能，碳纤维骨架可以取代或与钢帘线结合使用，以提供更轻、更强的骨架结构。

3.碳纤维在轮胎中的作用

碳纤维在轮胎骨架中的应用可以实现多种效益，碳纤维的高强度和刚度可以提高轮胎的整体强度，降低疲劳损伤的风险。

这有助于提高轮胎的寿命，减少频繁更换的需求，从而降低了维护成本，碳纤维的轻质特性可以减少轮胎的自重，降低滚动阻力，提高燃油效率，减少尾气排放。

碳纤维增强轮胎强度的方法

1.混合橡胶与碳纤维

一种常见的方法是将碳纤维与橡胶混合，以制备强度更高的轮胎胎体材料，这种混合材料可以在橡胶中均匀分散碳纤维，从而提高整体强度。

碳纤维的高强度特性使混合材料具有出色的抗撕裂和抗剪切性能，有助于减少胎体的变形和损坏，此外碳纤维还可以提高混合材料的耐疲劳性，使轮胎在长时间使用时仍能保持其性能。

2.编织或编织碳纤维布

碳纤维布是一种以编织结构制备的碳纤维材料，通常以多层和多向的方式排列，在轮胎制造中，可以将碳纤维布嵌入到橡胶中，以增强轮胎骨架的强度。

这种方法允许更精确地控制碳纤维的定向，以满足特定的工程要求，编织或编织碳纤维布还具有出色的耐疲劳性和耐冲击性能，使轮胎在面对不同的道路条件和负荷时能够保持其形状和性能。

3.制备复合材料轮胎骨架

另一种方法是制备复合材料轮胎骨架，其中碳纤维是主要增强成分，这种方法涉及将碳纤维与橡胶或其他复合材料结合，以形成具有高强度和刚度的骨架结构。

复合材料轮胎骨架通常是通过层叠多个碳纤维增强层和橡胶层来制备的，从而实现强度和柔韧性的平衡，这种方法可以实现更高程度的定制化，以满足不同类型轮胎的需求，例如高性能轮胎和轮胎。

4.碳纤维增强钢帘线

除了在骨架材料中应用碳纤维外，还可以考虑将碳纤维与传统的钢帘线相结合，以增强轮胎的整体性能，这种方法允许保留钢帘线的支撑作用，同时利用碳纤维的强度和轻质特性，碳纤维增强钢帘线的组合可以实现强度的提升，同时减轻轮胎的自重，从而改善燃油效率和行驶性能。

碳纤维车轮的优点

碳复合材料车轮还有更多的好处。与铝或钢相比，该材料中的交联纤维可以减少来自路面的冲击，从而为座舱减少了高达5分贝的道路噪音。由于电动汽车没有引擎来掩盖其他的环境音，所以从源头上来减少这些声音有助于保持车内安静，不用增加更多的消音垫。

碳复合材料车轮还提供了铸铝或锻铝无法实现的更灵活的塑形，这可以让车轮形状变得更符合空气动力学，从而减少阻力和提高效率。

在电动汽车上，使用直径更大但更窄的车轮可以帮助减少空气阻力，同时保持轮胎在路面上的合理接触面，宝马i3就是这么做的。如果这些更大、更窄的车轮是用碳纤维复合材料而不是铝制成的话，它们将对续航里程产生更积极的影响。

Carbon Revolution的车轮是通过树脂传递成型工艺（RTM）制造的，不需要像高性能跑车的结构那样手工铺设纤维。这种干纤维比其他工艺中使用的树脂预浸渍纤维便宜得多，而且不需要在高压釜中固化。目前，该公司正在对其产品和流程展开并行工程，以提高生产能力，并实现许多步骤的自动化。

虽然碳纤维车轮目前仍有很大的价格溢价，但随着销量的提升，这一溢价正在减少。今年，Carbon Revolution计划生产约5万个车轮，预计当产量达到100万个时，其价值将与合金车轮相当。该公司的首个SUV项目将于2022年底启动，而Jake Dingle预计未来六年内将承接大约15个汽车项目，产量也会在接下来的十年中大幅增加。

文章来源： 福布斯，简说硬核，钱鑫博士