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２０１５年１０月３０日 第１０期
严成平
（重庆理工大学 ４０００５４）
碳纤维及其复合材料在
汽车上的应用
０ 引言
碳纤维是在２０世纪６０年代开始迅速发展起来的一种高科技新材料，是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至１５００℃形成的纤维状碳材料，碳含量在９０％以上。碳纤维具
摘 要：在汽车行业，碳纤维及其复合材料运用越来越广泛，正逐步取代金属材料，极大的提高了汽车的性能。介绍了碳纤维及其复合材料在国内外研发进展，例举了碳纤维复合材料在汽车行业的运用现状。
关键词：碳纤维 复合材料 汽车 运用
有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等一系列优异性能，在２０００℃以上的高温惰性环境中，是唯一能保持强度不下降的材料，而且还同时具备了纤维的柔曲
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性和可编性。
作为在在国际上备受称誉为“黑色黄金”， 碳纤维从原丝到成品需要经过预氧化、高温碳化、石墨化、表面处理等诸多工艺。以碳纤维为增强体，树脂、陶瓷、金属等为基体，经过特殊复合成型工艺制得性能优异的碳纤维复合材料，既可作为承载负荷用的结构材料又可作为功能材料满足一些功能性要求，已经成为一种军民两用的高科技纤维材料，在汽车领域也在随着成型工艺的完善和成本的压缩而不断提高市场占有率。碳纤维复合材料应用在车身结构件中，减轻质量效果明显，比钢铁材料轻５０％，比铝材轻３０％，油耗下降４０％，在动力系统不变的前提下，减重的车身会带来更出色的加速感受，相对于扔掉空调、音响等配置的减重方法，碳纤维材料的应用在保留舒适配置的同时达到了更好的效。围绕“碳纤维汽车”，全世界的汽车企业展开了激战，国际碳纤维巨头也纷纷扩能，抢占这一具有巨大潜力的市场，碳纤维复合材料需求增长最快的也将是汽车工业［１］。
１ 成型工艺及开发现状
碳纤维复合材料的成型工艺主要有手糊成型、缠绕成型、拉挤成型和树脂传递模塑成型。树脂传递模塑工艺（ＲＴＭ）是复合材料较为常用的一种成型工艺，该工艺是将纤维增强材料或预成坯铺放到闭模模腔内，用压力将树脂液注入模腔，浸透纤维或预成型
坯，然后固化，脱模成型制品［２］。日本新能源产业技术综合开发机构（ＮＥＤＯ）在“汽车轻量化碳纤维强化复合材料开发”项目（２００３－２００７）中，对超高速树脂传递模塑成型（ＲＴＭ）进行了深入的研究，主要指超高速硬化成型树脂、立体成型造型技术、高速树脂含浸成型技术等。宝马ｉ３使用的碳纤维增强树脂基复合材料（ＣＦＲＰ）通过ＲＴＭ可在１０分钟以内成型。各汽车厂商针对自己的车型及车身各部位需求不同，也在对ＣＦＲＰ的成型工艺进行不断优化和细致筛选。如兰博基尼Ａｖｅｎｔａｄｏｒ ＬＰ７００－４采用单体构造车身（图１），这种结构是构成车身的核心部件，整个单体车身仅１４７ｋｇ，车舱完全用碳纤维复合材料制造而成，并配以硬壳式结构。设计过程中，兰博基尼团队根据各个元件的外形、功能及要求，分别对以下三种成型方法进行了细致筛选，这些方法在生产工艺、碳纤维及其织物类型以及树脂化学成分都各不相同。
树脂传递模塑法（ＲＴＭ）：该方法经兰博基尼完善后，实现了重大突破，发展成
为
图 １ 兰博基尼Ａｖｅｎｔａｄｏｒ ＬＰ７００－４单体构造式车身
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“ＲＴＭ－Ｌａｍｂｏ”。采用“ＲＴＭ－Ｌａｍｂｏ”工艺后，制造过程更加快速、灵活、高效，而且还具有喷油嘴压力低的优势，因而无需使用昂贵的设备。
预浸料：使用热固性树脂对碳纤维毡进行预注处理，并在低温环境中保存；然后，在模具中经过层压处理，并在压热器内压热固化。该方法工艺复杂，但成品表面光洁度可达Ａ级，是打造汽车外露部位的上选制法。
编制：碳纤维编制技术源于纺织业，将纤维按对角方向分若干层交错编织而成，用于制造车顶结构性支柱以及车门等特殊用途的空心部件。
通过对上述技术的筛选应用，与传统方法相比，大大简化了兰博基尼的制造过程，最终造就了兰博基尼Ａｖｅｎｔａｄｏｒ ＬＰ７００－４这款顶级跑车［３］。
着眼于长期发展而持续投资研发的日本纤维企业力压欧美企业，掌握着全球７０％的份额，碳纤维竞争以日本为舞台已经展开。宝马的碳纤维原丝供应商是日本的三菱丽阳，三菱丽阳自２０１０年和德国西格里集团合资成立了日本欧泰克，２０１２年又不断扩大碳纤维产业链，收购了日本ＣＦＲＰ零件制造商Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ公司等多家企业，２０１４年以后又不断增加设备，年产能力在１万吨的基础上不断上升，将向作为主要客户的宝马汽车公司（ＢＭＷ） 扩大供货。日本东丽于１９７１年在全球率先开始商业生产碳纤维，并与波音公司长期合作开发，在２０１１年投入航运的最先进中型客机“波音７８７”上，ＣＦＲＰ已经占到了机体重量的５成；东丽公司于２０１３年９月斥资近７００日元，收购了世界碳纤维排名第三的美国卓尔泰克公司（Ｚｏｌｔｅｋ）， 藉此将产品全球份额提高到３０％，一跃成为全球最大的碳纤维供应商。日本帝人作为全球第二大碳纤维厂商长期为空中客车世界最大的双层客机Ａ３８０供应碳纤维原丝和碳纤维布等材料，双方的合作关系正在升温。同时，帝人与美国通用汽车在碳纤维技术利用方面展开了合作，已面向量产车供应碳纤维［２－５］。
２ 碳纤维及其复合材料在汽车上的应用目前，碳纤维复合材料主要应用在小批量车型、高级轿车和Ｆ１赛车上的车体部分、发动机部件、传动系统、底盘系统等。由于碳纤维复合材料质轻，性能优 越，已经成为轻量化材料的开发热点。相关数据表明：车重每减轻１０％，油耗可降低６％－８％；车重每减少１００ｋｇ，行驶１００ｋｍ的里程，油耗可以降低０．３－０．６Ｌ，而二氧化碳排放量可以减少５００ｇ［６］。碳纤维复合材料在车身轻量化中的运用不仅可以降低油耗、减少污染，而且还有助于改善汽车的加速性和控制稳定性，并对汽车噪音、振动、碰撞时惯性和制动距离的减小都有着积极的作用。例如，ＣＦＲＰ用于发动机部件和传动轴，由于其高阻尼特
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性，可有效降低振动、降低噪音从而提高了乘坐舒适性；ＣＦＲＰ用于汽车保险杠，由于其良好的抗冲击吸能性能，大大提高了汽车乘坐安全性。
２．１ 在汽车车身上的运用
碳纤维运用于车身制造具有诸多优势：（１）具有较高的强度；（２） 具有良好的抗疲劳性；（３）碰撞吸能性好；（４）制造工艺性好。由于这些优异性能，各大汽车制造厂商都在积极发展ＣＦＲＰ在车身制造中的运用，并且已有不少成功实例。
宝马公司已经量产的ＢＭＷｉ３，是其第一款综合了环保技术以及功能性创新的纯电动车，目前正以每天１００辆的速度在生产。ＢＭＷｉ３拥有全新的车身结构，如图２所示，采用的是ＣＦＲＰ车舱和铝合金底盘，整车质量在ＥＵ标准下仅有１２７０ｋｇ， 与一台普通小型车相近，比传统电动车轻了３００ｋｇ左右，这与大量使用的碳纤维材质功不可没。ＢＭＷｉ３主要碳纤维复合材料结构部件包括车身框架、碳纤维车顶、发动机舱盖。
目前，全世界的汽车企业正以实现“碳
纤维汽车”的商品化为目标而展开了激烈的市场竞争。２０１０年丰田上市的跑车雷克萨斯ＬＦＡ全面采用ＣＦＲＰ制造车体，成为了关注的焦点，其价格也创下了日本国产车中最高的３７５０万日元。
２０１４年北京车展上，各式各样的豪华轿车，超级跑车夺人眼球，碳纤维在其中扮演了越来越重要的角色。例如，布加迪Ｂｌａｃｋ Ｂｅｓｓ传奇限量版采用全黑色碳纤维打造，科尼赛克Ｏｎｅ：１跑车车身配有碳纤维轮圈。
太阳能赛车方面，在今年澳大利亚太阳能汽车比赛中，日本工学院大学所研发的先进太阳能动力车“ＯＷＡ”（图３所示）使用由帝人集团旗下东邦公司（Ｔｏｈｏ Ｔｅｎａｘ ａｎｄＧｈ Ｇｒａｆｔ Ｌｔｄ）提供的Ｔｅｎａｘ系列超轻量级碳纤维材料。Ｔｅｎａｘ超轻量级碳纤维材料薄
至０．０６毫米可以使整车重量降低５５公斤，并保证实用性和安全性，以及参加耐力赛所需要的刚性和韧性，使得该太阳能车足以完成历时８天、共计２０２１公里的比赛［７］。
２．２ 在汽车其他位置的运用
几十年前对于碳纤维增强复合材料将取
图３ 日本工学院太阳能动力车
图 １ 兰博基尼Ａｖｅｎｔａｄｏｒ ＬＰ７００－４单体构造式车身
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代金属用于制造汽车底盘的预言正在逐步得以实现。２００３年由ＤａｉｍｌｅｒＣｈｒｙｓｌｅｒ公司推出的ＤｏｄｇｅＶｉｐｅｒ型跑车的挡板支架系统采用了碳纤维复合材料，这也是碳纤维在大型底盘和车身外部部件上的首次应用。该种支架每个重１．９３ｋｇ，碳纤维复合材料中掺杂了５５％碳纤维碎屑，由于没有其他填充物，密度较小，只有１．４ｇ／ｃｍ３。
传统汽车制动汽车刹车片主要由石棉摩擦材料构成，但是这种材料在高温制动时易出现摩擦性能“热衰退”，产生的石棉粉尘对人体有致癌危害，碳纤维复合材料在刹车片上的研究与运用应运而生。这种摩擦材料充分利用了碳纤维的高强高模、低密度、导热耐热和耐摩擦的优异性能，制出的刹车片具有密度低、噪音低、耐磨、耐腐蚀、制动性能优异和环保的特点，但成本相对较高，目前主要用在高档轿车及赛车上。例如，Ｆ１赛车要求制动距离很短，能够在５０ｍ之内将车速从３００ｋｍ／ｈ降低到５０ｋｍ／ｈ，此过程制动盘温度能达到９００℃以上，此时一般材料的摩擦片性能将大打折扣，而碳纤维制动盘能承受高达２５００℃的高温，能够满足要求，保证了制动稳定性。
另外， 采用高强中模的细直径碳纤维的车载燃料气瓶，不仅能满足高压容器对安全可靠性和质量的要求，而且由于其质量轻，还可以提高行驶速度和起到节约油耗的作用。
２．３ 国内发展现状
到２０００年，国内复合材料已基本具备设计、制造碳纤维复合材料制品的能力和条件，但生产能力和产品质量有限，汽车承力结构件采用的碳纤维复合材料尚需借鉴国外汽车设计规范。制约我国碳纤维及其复合材料业发展的几大问题主要有原丝质量差，生产规模小、价格高、应用基础研究薄弱等。
随着国家重视度的提高，目前我国在碳纤维汽车领域的研究近年来也取得重要突破。中科院宁波材料技术与工程研究所、化学研究所等单位联合承担的中国科学院知识创新工程重要方向项目——碳纤维增强热塑性复合材料结构件成型技术研究课题于２０１１年正式启动，并于２０１４年４月２６日通过中国科学院科技发展促进局专家的现场技术验收。项目研制出具有完全自主知识产权的连续碳纤维复合材料快速热压成型成套装备，能够实现连续碳纤维复合材料汽车部件的自动化制备，效率达到５６件／天，并分别采用ＡＰＡ６及 ＰＣＢＴ热塑性单体经原位聚合成型制备出大尺寸复合材料汽车底板。该项目突破了碳纤维增强热塑性复合材料结构件成型关键技术，在复合材料体系、热压成型工艺、液态成型工艺、设计技术、连接技术以及关键装备等
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方面取得重要进展。
２０１４年９月在上海举行的第２０届中国国际复合材料展览会上，中国科学院宁波材料技术与工程研究所和奇瑞汽车有限公司联合打造的碳纤维复合材料电动汽车是国内首款车身主体由碳纤维复合材料制作的车型。车身仅２１８ｋｇ（减重４８％），整车减重１５％，有效减少污染物排放的同时显著提高了汽车的抗冲击性能和操控性。此外，由由烟台鼎立汽车部件有限公司自主研制的我国第一台碳纤维复合材料客车车身，已通过国家汽车技术检测中心的检测，车身强度完全符合甚至超过国家检测标准。烟台鼎立汽车部件有限公司通过技术攻关，成功实现了该产品成套装备及生产工艺的国产化和系列化，填补了国内空白。这种碳纤维大客车车身生产线将于今年在该公司正式投产，预计年产量１万台，年可实现销售收入３０亿元。
３ 结束语
汽车工业采碳纤维及其复合材料替代金属材料是提高汽车性能、节能、安全达标、实现汽车轻量化的有效途径之一。目前已在汽车车身及其他位置得以运用，并且运用比例越来越大，随着以后工艺技术的提升及单价的降低碳纤维将拥有更大的市场。目前，日本掌握着全球７０％的市场份额，碳纤维竞争以日本为舞台已经展开，各国各材料及汽车厂商也都积极开发，努力加入到这场竞争中来，中国的碳纤维也在努力追赶，不断发展。碳纤维在汽车领域的应用必将越来越广泛，同时，也必将推动整个汽车产业及其相关产业的快速发展。
参考文献：
［１］碳纤维复合材料需求增长最快的将是汽车工业［Ｊ］． 玻璃钢／复合材料，２０１４，０８：１１６－１１７．
［２］闫业海．复合材料树脂传递模塑工艺及适用树脂［Ｊ］．高分子通报，２００１，（３）：２４－３５．
［３］张方超，杨建忠，乔卉，王勇． 碳纤维及其复合材料在汽车行业的应用及展望［Ｊ］． 合成纤维，２０１３，０６：２６－２９．［４］冯瑞华． 碳纤维在汽车领域的应用［Ｊ］． 新材料产业，２０１４，０８：１５－１８．
［５］碳纤维材料向汽车和飞机普及［Ｊ］． 玻璃钢／复合材料，２０１４，０５：９６－９７．
［６］周宏湖．节能减排的重要课题——汽车轻量化［Ｊ］．轿车情报，２０１０（１）：１５２－１５５．
［７］日本工学院研发全碳纤维车身太阳能赛车［Ｊ］． 玻璃钢／复合材料，２０１５，０８：１０４．
［８］钱伯章． 国产碳纤维复合材料电动车研制成功［Ｊ］． 合成纤维，２０１４，１０：５４．
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2012年10月（下）工业技术科技创新与应用 复合材料在汽车制造中的应用 刘莉 （兰州职业技术学院，甘肃兰州730070） 汽车工业是我国国民经济的重要产业支柱之一，近年来已取得迅猛的发展。截至2010年，我国汽车产销量分别为1826.7和1806.9万辆，跃居世界第一。按照“十二五”规划，到2015年将形成2500万辆的产能[1]。汽车工业的快速发展伴随着能源匮乏、环境污染等问题。汽车节能、环保、安全既是国际汽车技术的发展方向，也是我国产业政策的要求[2]。由于钢材料刚性好、易加工，能满足汽车各零部件对材料性能的要求，但钢材料也存在易腐蚀、密度大、能量消耗多的缺点，因此以轻质材料取代传统钢材料势在必行。近年来，复合材料在汽车制造业的开发应用减轻了重量、降低了油耗、提高了强度和改善震动等性能[3]。复合材料是由两种或者多种不同性质的材料用物理或化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。一般复合材料的性能优于其组成材料的性能，并且有些性能是原来组成材料所没有的，如改善材料的刚度、强度和热学等性能等。 1汽车制造业发展趋势 为缓解日益减少的石油资源的压力，节能减排是影响可持续发展的关键因素。用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。减轻了汽车重量，滚动阻力随之减少，每公里油耗也就随之下降，不但降低了石油资源的损耗，还减少了尾气排放，缓解了温室效应的压力[2]。近年来，由于机械和汽车领域对材料强度和硬度方面的要求越来越高，使得复合材料得到广泛的应用。但与复合材料在宇航方面的应用相比，汽车工业应用复合材料的发展较为缓慢，主要是受限于材料价格高，复合材料的成型加工困难等因素。目前，伴随高性能复合材料研发与应用，已可通过减轻材料重量来节约成本。复合材料与金属材料相比，具有能耗低、加工方便、材料性能高和使用寿命长的特点，目前已大规模应用于汽车零部件和内部装饰等方面[4]。 2复合材料在汽车零部件开发应用 2.1在汽车发动机上的应用 发动机的主要部件是活塞，它的工作环境为高温高压，并且活塞在运动过程中不断与活塞环、汽缸壁之间产生摩擦，极易损坏，因此要保证发动机正常工作，要选择耐磨的复合材料。目前，应用于活塞的材料主要由低密度金属和增强陶瓷纤维组成。此外，国外又推出了氧化铝纤维增强活塞顶的铝活塞及氧化铝增强的镁合金制造的活塞等[5]。由于陶瓷材料质量较轻，若将配气机构中的附件也用陶瓷复合材料替换后，可以通过提高转速的方法来提高发动机的功率，或者转速不变，也可通过降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗，从而达到节能减排的目的。气门座和摇臂头等易磨损部件再采用陶瓷材料后，也可减少磨损，延长使用寿命。在柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后，改善了发动机低负荷时的燃烧，及低温启动性能，降低了燃烧噪声。涡轮增压器零件中使用最普遍的是增压器陶瓷涡轮，与金属涡轮相比，陶瓷涡轮质轻，转动惯量仅为金属涡轮的20%，“涡轮滞后”现象得以改善，提高了增压器的动态性能，能在金属涡轮不能承受的高温下工作[6]。韩鹏[7]从碳纤维复合材料的力学性能和发动机罩的结构特点出发，按照等刚度原则，设计并分析了碳纤维复合材料发动机罩。用有限元分析方法，确定了发动机罩性能参数。结果发现，复合材料发动机罩在满足刚度条件下，可减重约16%左右。 2.2车轮 刘国军[4]数值模拟了碳纤维/环氧(T300/5208）复合材料车轮与铝合金车轮的弯曲疲劳试验。通过对汽车车轮建模，用有限元AN－SYS软件，按国家标准车轮弯曲疲劳试验，分别分析了铝合金和复合材料汽车车轮的强度。结果发现，在相同应力水平下，复合材料车轮比铝合金车轮轻了40.74%。同时，优化设计碳纤维/环氧(T300/ 5208）复合材料汽车车轮的轮辋厚度、车轮安装凸缘厚度和车轮的轮廓尺寸，也可以使车轮的重量降低。 2.3其他部件 东风汽车公司开发的共聚甲醛与钢背复合润滑滑动轴承复合材料，已应用于汽车的制动系、传动系、转向系等轴承中。具有综合性能优于青铜合金，工艺稳定、生产率高、价格低廉等优点。此外，铜材质的散热器管材也逐渐被复合材料取代。目前一般采用30%GF 增强的PA66注射成型，并以机械方式与散热器接合，可明显提高设备的耐腐蚀性并节约了金属材料。用橡胶密封圈使接合面上达到密封的目的，还可以起到防振作用[8]。张泽书[9]用玻璃纤维和改性丙纶为原料，设计开发了GMT复合材料，并用于汽车内饰。产品规格为单位质量1150~1250g/m2，幅宽为2200mm。研究了GMT复合材料成型加工工艺参数与其力学性能之间的关系。结果发现，采用玻璃纤维和改性丙纶直接混合方法，用非织造布设备进行制备GMT复合材料，成功解决了玻璃纤维和改性丙纶均匀混合、梳理成网均匀等技术问题。 3展望 含有陶瓷纤维、玻璃纤维、高分子材料以及其他新型非金属原料的高性能复合材料在汽车制造业中的广泛研究与应用，极大减小了汽车材料对金属的依赖，实现汽车轻量化，有效缓解了对资源的压力。伴随我国汽车产业的迅猛发展，探索并开发高性能新型复合材料，进一步减轻重量，增强材料力学及加工性能，降低成本，促进汽车产业的节能减排，已经成为一种必不可挡的趋势。 参考文献 [1]黄茂松,贾润萍.中国汽车用聚氨酯材料发展方向[J].聚氨酯, 2012,3:61-66 [2]郑学森.国内汽车复合材料应用现状与未来展望[J].玻璃纤维, 2010,3:35-42 [3]刘军,王腾宁.复合材料在汽车中的应用[J].工程塑料应用, 1996,3:31-33 [4]刘国军.复合材料汽车车轮的强度分析及优化设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006 [5]曹令俊.复合材料在汽车工业中的应用及趋势[J].天津汽车, 2000,1:28-31 [6]罗鹰.复合材料在现代汽车发动机中的应用[J].汽车工程师, 2009,2:50-52 [7]韩鹏.碳纤维复合材料发动机罩优化设计研究[D].长春:吉林大学,2011 [8]向乐新,潘典三.树脂基复合材料及其在汽车中的应用[J].武汉工学院学报,1995,4:19-25 [9]张泽书.汽车内饰用GMT复合材料的制备与研究[D].郑州:中原工学院,2009 摘要：根据当前汽车制造业的发展趋势，从节能减排角度入手，分析了汽车轻量化是当今汽车工业发展的方向，综述了复合材料在我国汽车制造中的开发与应用。 关键词：复合材料；汽车制造；应用 110 --
《能源工程材料》 课外拓展阅读报告 《碳纤维复合材料在汽车工业中的应用》 姓名：XX 指导教师：XX 学号：XXXXXXXX 专业班级：XXXXXXXX 2016年6月 碳纤维复合材料在汽车工业中的应用 摘要：节能减排是当前汽车工业可持续发展迫切需要解决的问题，采用碳纤维复合材料等轻质材料使汽车轻量化是一个有效的解决办法。介绍了碳纤维复合材料的性能特点和在汽车上的应用现状，从材料、设计和成型工艺3个方面分析了其在国内汽车工业应用中的问题，提出了促进碳纤维复合材料广泛应用的发展建议，并展望了其在汽车工业中的应用前景。 进入21世纪以来，能源危机日趋严重，世界各国的排放法规日益严格，如何在保证安全性和动力性的前提下降低油耗和减少排放是目前汽车工业迫切需要解决的问题。采用各种轻质材料取代金属等传统材料，使汽车轻量化是实现节能减排的重要途径。碳纤维复合材料凭借轻质、高强度、高刚度、抗振性能好、抗疲劳、耐腐蚀等众多优点[1]越来越受到汽车工业的重视，在汽车中的应 用也越来越多。碳纤维及其复合材料是支撑国家高科技产业发展的关键材料，经过40多年的积累与发展，我国碳纤维及其复合材料研发拥有众多突破性进展，但在汽车领
域的应用还远落后于航空航天和其他工业领域[2]。因此有必要分析碳纤维复合材料在我国汽车工业应用中存在的问题，提出合理的发展对策，以适应汽车工业对材料发展的迫切需求。 1.碳纤维复合材料的性能特点和使用优势 与金属材料相比，碳纤维复合材料具有许多优良性能，应用于汽车上有明显的优势，主要表现在：1）密度小，强度高，CFRP在常用材料中比强度和比模量最高，用于车身及底盘能在减轻车重的同时不损失强度或刚度，汽车安全系数不降低。2）韧性好，具有良好的抗冲击性和能量吸收能力，用于车身及其结构件具有良好的碰撞安全性。3）阻尼高，抗振性能好，用于车身、传动系统及发动机部件具有良好的减振、隔音效果，提高了乘坐舒适性。4）抗疲劳性能极佳，用于承受疲劳载荷的汽车零部件能有效延长其使用寿命。 5）优秀的耐热性、抗腐蚀与抗辐射性能，在电动汽车和其他新能源汽车领域应用具有很强的竞争力。6）成型工艺多，可设计性好，易于实现零部件一体化生产，极大缩短开发周期，节约成本。 2.碳纤维复合材料在汽车上的应用 碳纤维复合材料用于汽车部件上不仅可以实现汽车轻量化，而且在安全性与乘用舒适性等方面也有很大提高，因此越来越受到汽车工业的重视，很多汽车制造商生产的高档、豪华轿车（如通用、宝马、大众、奔驰、福特、奥迪、本田、日产等）几乎都开始试用或已经采用了各种碳纤维复合材料。 1）碳纤维复合材料应用于汽车车身、底盘及承力部件，在保证安全性的同时具有十分明显的减重效果。在各种材料制造的车身中碳纤维复合材料是最轻的，尤其是与钢制车身相比，轻量化效果达53%以上。 美国通用汽车公司1992年展出了由碳纤维复合材料制造车身的超轻概念车，车身质量为 kg，整车质量降低68%，节油40%。兰博基尼汽车2011年推出了Mucilage替代车型，该车采用了全碳纤维复合材料单壳体车身，质量仅有kg。目前，碳纤维复合材料制成的车身结构件已在德国宝马公司开发的Z-9和Z-22系列中大量采用。德国大众汽车公司的“2L车”CC1 研究项目，碳纤维复合材料用于车身的比例高达
中国航空报/2015年/7月/18日/第S02版 工程 汽车用碳纤维复合材料产业现状和对策 中航复合材料有限责任公司仝建峰 碳纤维复合材料的材料性能及发展趋势顺应了汽车工业的发展需求，特别是随着新能源汽车的发展，碳纤维复合材料在汽车上将得到越来越广泛的应用。在欧美国家，车辆中复合材料的用量约占本国复合材料总产量的三分之一，主要应用在汽车覆盖件（四门两盖等）、次承力构件、车身等部位，其用量呈逐年上升趋势。 碳纤维复合材料在国内外汽车领域的应用现状 碳纤维复合材料由于其独具的强度和刚度特性，可以取代钢用于汽车的主承力结构。世界知名汽车制造商纷纷采用碳纤维复合材料零部件制造车型。 2014年，宝马i3和i8的上市不仅开创了碳纤维复合材料在量产车型大规模应用的新纪元。宝马i3和i8作为一款零排放电动车，正是由于采用了碳纤维复合材料打造的车身，使整车质量仅为1255千克，完美解决了由于电池质量而带来的车辆质量大增，车辆驾控敏捷度降低的问题，并创造了百公里7.2秒的加速时间。 随着我国汽车工业的发展，复合材料在我国汽车工业中的应用广度有了突破，汽车复合材料的年用量为10万吨左右，但主要是应用于非承力结构的玻璃钢复合材料，汽车复合材料厂家普遍规模较小。碳纤增强环氧树脂复合材料在大型商用飞机和高性能汽车（如特斯拉、宝马i3和i8）及F1赛车主承力结构件上的成功应用表明，复合材料完全可以取代金属被用于汽车车身结构中。目前，国内整车企业也纷纷开始尝试采用碳纤维复合材料零部件替换传统金属零件。 国内整车厂纷纷开始着手调研国内复合材料研发和制造企业，着手启动面向量产的复合材料零部件的设计和研制，逐步开始为量产做充分准备。由于有承力要求，汽车用复合材料零部件（尤其是承力件，如传动轴等）需要对材料以及部件进行重新设计。近年来，中航复材充分发挥自身在设计、材料、制造等方面的优势，先后为整车厂研发了汽车前舱盖、后备厢盖、尾翼、重载汽车板簧、客车板簧、重载汽车传动轴、全复材承载式大巴车身、全复合材料油罐等产品，部分产品已经通过了测试验证。 国内汽车复合材料产业现状与差距分析 “十一五”、“十二五”期间，国内车企与科研单位联合先后研发出四代碳纤维复合材料示范电动车。前两代通过逆向工程设计技术，采用碳纤维复合材料对已有车型的覆盖件以等代设计法进行替代，验证了碳纤维复合材料的减重效果，以及碳纤维复合材料覆盖件的制备与装配技术；在前两代车的设计制造基础上，后两代车通过正向设计制造，对整车进行结构设计，验证了全碳纤维复合材料主结构部件的设计、制备和装配连接技术，进一步探索了碳纤维复合材料整车的设计、制造、装备和性能测试技术。这四代车的研发为碳纤维复合材料在汽车工业的产业化应用积累了宝贵的经验，开启了国内碳纤维复合材料汽车应用的新起点。 近期，中航复材在国内率先采用快速固化预浸料结合快速模压工艺、真空辅助成型工艺制备了承载式全复合材料纯电动客车车身，在兼顾复合材料构件的整体化制造、成本控制和制造效率等方面取得了较好的效果。目前国内各汽车主机厂以及零部件供应商都在进行碳纤维复合材料研究，主要集中在零部件的轻量化上，采用非连续性纤维成型工艺，制备的汽车零部件已实现了量产及规模化应用。然而，由于自动化生产装备的缺乏，连续纤维复合材料尚未形成量产水平，尤其是车身量产技术。虽然有企业推出了碳纤维复合材料车身电动车样车，但部件、整车的设计、验证以及量产技术，自动化装配技术，质量控制等均尚处于探索中，离碳纤维复合材料在汽车工
浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用 本文阐述了热塑性复合材料在汽车上的应用。 标签：热塑性；复合材料；汽车 热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体的复合材料。常用的热塑性树脂有聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺和聚砜等。主要的增强纤维是短玻璃纤维、碳纤维、织物纤维及其他充填物，一般纤维体积含量约为20%～30%，最大可达到40%～55%。大多数情况下，纤维及充填物无方向随机排布。纤维的主要增强效果是提高强度和耐磨性，改善基体的耐热性和蠕变抗力，使用玻璃纤维和碳纤维增强的热塑性树脂，其拉伸强度和抗弯模量可提高2倍至6倍，但冲击强度有所降低，广泛用于汽车工业、化工、电子及航空工业。 随着热塑树脂基复合材科学技术的不断成熟以及可回收用的发展，该品种的复会材料发展较快，欧美发达国家热热塑性复合材料已占到树基复合材料总量的30%以上。 1.在汽车外饰件上的应用 汽车外饰主要指汽车前后保险杠、汽车车身裙板、进气格栅、散热器面罩、外侧围、扰流板、防擦条、车门外开手柄、前后风挡玻璃等等。 在以往汽車外饰中经常使用的材料一般是热固性材料，这种材料的废弃件和边角余料经常是通过掩埋或者焚烧进行处理的，这样的处理方式会造成环境的污染问题。但是使用热塑性材料则不会出现些类似问题，热塑新材料不仅可以进行循环利用，还具有密度低、成本低、生产效率高等特点。在生产中使用这一材料代替金属材料或者是热固性材料可以实现轻量化的设计和生产，所以这种材料在汽车中的使用范围越来越广。 在过去的一段时间内，没有使用热塑性材料是因为其无法进行喷涂，而且表面的质量较差，使其无法再外饰件中广泛使用。但是经过新兴技术的不断研发，使其在外饰件中的使用成为可能，而且逐渐成为热门。 戴姆勒福莱纳车型的挡泥板和保险杠采用了30%长玻纤增强PP材料，解放J6的保险杠支架采用了40%长玻纤增强PP材料。 2.在汽车内饰件上的应用 汽车内饰系统是汽车车身的重要组成部分，而且内饰系统的设计工作量占到车造型设计工作量的60%以上，远超过汽车外形，是车身最重要的部分之一。 汽车内饰主要包括以下子系统：仪表板系统、副仪表板系统、门内护板系统、
第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
?３? ２０１５年１０月３０日 第１０期 严成平 （重庆理工大学 ４０００５４） 碳纤维及其复合材料在 汽车上的应用 ０ 引言 碳纤维是在２０世纪６０年代开始迅速发展起来的一种高科技新材料，是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至１５００℃形成的纤维状碳材料，碳含量在９０％以上。碳纤维具 摘 要：在汽车行业，碳纤维及其复合材料运用越来越广泛，正逐步取代金属材料，极大的提高了汽车的性能。介绍了碳纤维及其复合材料在国内外研发进展，例举了碳纤维复合材料在汽车行业的运用现状。 关键词：碳纤维 复合材料 汽车 运用 有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等一系列优异性能，在２０００℃以上的高温惰性环境中，是唯一能保持强度不下降的材料，而且还同时具备了纤维的柔曲 【试验?研究】
?４? ２０１５年１０月３０日 第１０期 性和可编性。 作为在在国际上备受称誉为“黑色黄金”， 碳纤维从原丝到成品需要经过预氧化、高温碳化、石墨化、表面处理等诸多工艺。以碳纤维为增强体，树脂、陶瓷、金属等为基体，经过特殊复合成型工艺制得性能优异的碳纤维复合材料，既可作为承载负荷用的结构材料又可作为功能材料满足一些功能性要求，已经成为一种军民两用的高科技纤维材料，在汽车领域也在随着成型工艺的完善和成本的压缩而不断提高市场占有率。碳纤维复合材料应用在车身结构件中，减轻质量效果明显，比钢铁材料轻５０％，比铝材轻３０％，油耗下降４０％，在动力系统不变的前提下，减重的车身会带来更出色的加速感受，相对于扔掉空调、音响等配置的减重方法，碳纤维材料的应用在保留舒适配置的同时达到了更好的效。围绕“碳纤维汽车”，全世界的汽车企业展开了激战，国际碳纤维巨头也纷纷扩能，抢占这一具有巨大潜力的市场，碳纤维复合材料需求增长最快的也将是汽车工业［１］。 １ 成型工艺及开发现状 碳纤维复合材料的成型工艺主要有手糊成型、缠绕成型、拉挤成型和树脂传递模塑成型。树脂传递模塑工艺（ＲＴＭ）是复合材料较为常用的一种成型工艺，该工艺是将纤维增强材料或预成坯铺放到闭模模腔内，用压力将树脂液注入模腔，浸透纤维或预成型 坯，然后固化，脱模成型制品［２］。日本新能源产业技术综合开发机构（ＮＥＤＯ）在“汽车轻量化碳纤维强化复合材料开发”项目（２００３－２００７）中，对超高速树脂传递模塑成型（ＲＴＭ）进行了深入的研究，主要指超高速硬化成型树脂、立体成型造型技术、高速树脂含浸成型技术等。宝马ｉ３使用的碳纤维增强树脂基复合材料（ＣＦＲＰ）通过ＲＴＭ可在１０分钟以内成型。各汽车厂商针对自己的车型及车身各部位需求不同，也在对ＣＦＲＰ的成型工艺进行不断优化和细致筛选。如兰博基尼Ａｖｅｎｔａｄｏｒ ＬＰ７００－４采用单体构造车身（图１），这种结构是构成车身的核心部件，整个单体车身仅１４７ｋｇ，车舱完全用碳纤维复合材料制造而成，并配以硬壳式结构。设计过程中，兰博基尼团队根据各个元件的外形、功能及要求，分别对以下三种成型方法进行了细致筛选，这些方法在生产工艺、碳纤维及其织物类型以及树脂化学成分都各不相同。 树脂传递模塑法（ＲＴＭ）：该方法经兰博基尼完善后，实现了重大突破，发展成 为 图 １ 兰博基尼Ａｖｅｎｔａｄｏｒ ＬＰ７００－４单体构造式车身 【试验?研究】
汽车复合材料的历史和现状 作为一种新型的轻量化材料，树脂基复合材料正日益成为汽车制造业中的新宠。 汽车复合材料的历史 自开始制造汽车以来，复合材料，包括天然复合材料和人工合成复合材料便以各种形式应用于汽车中。早在1908年，美国福特汽车公司第一款大批量开发生产的T型车，其引擎盖就是采用天然复合材料——木头制造而成的。其后，很多汽车的车身框架、车底板和汽车装饰品等也均由木质材料制成。在汽车制造史上，复合材料被大规模地应用于汽车部件生产的一个典型例子是汽车的轮胎。众所周知，轮胎的橡胶基体中含有大约50%的碳黑，它不仅使轮胎呈黑色，更主要的是，碳黑的加入显著地提高了轮胎的耐磨性。通过在轮胎纵向方向加入纤维和钢丝，还大大增加了轮胎的结构强度，这是典型的人工合成复合材料在汽车领域的应用案例。尽管现代轮胎的制造技术己取得了巨大进步，但从福特公司T型车诞生以来，轮胎的基本配方和结构形式却一直都没有改变。因此我们可以认为，汽车制造业的发展史，实际上也是复合材料在汽车上的应用史。当然，本文主要介绍的是树脂基汽车复合材料，其历史应该追溯到树脂基复合材料诞生之后。 树脂基复合材料（以下简称“复合材料”）自1932年在美国诞生以来，至今已有近75年的发展历史。然而，其真正批量化应用于汽车工业则始于1953年。据资料记载，1951年，时任通用汽车公司车身设计负责人的Harley Early先生从通用汽车公司展示的玻纤增强复合材料概念车中得到启发，他憧憬着有朝一日能够设计出一款供批量生产的全玻纤增强复合材料车身的跑车，这款跑车可以结合所有欧洲汽车的优点。很快，他的想法得到了通用汽车公司副总裁Harlow Curtice先生的支持。1952年，通用汽车公司将一款原准备采用常规的钢材制造的跑车改为采用玻纤增强复合材料来制造，并将原名“Opel”改为“Corvette”，Corvette的英文原意是“轻巡洋舰”，其涵义充分表达了轻型、快速和操控性强的设计理念。 第一批Corvette车身采用手糊工艺制作而成：首先将剪切好的玻纤增强材料铺设在开放式的模具内，然后通过树脂浸渍、滚压赶泡、固化反应及脱模等一系列工序制作完成，这在当时是一种全新的车身制造工艺。经过全员努力，1952年12月22日，通用汽车公司成功地完成了该车身的开发制造。 1953年1月17日，一辆锃亮的配有红色内饰的白色Chevrolet Corvette跑车在美国纽约的Waldorf宾馆首次向观众展示（如图1所示），这是世界上第一款全复合材料车身的两座位跑车，这一天也因此成为了汽车复合材料史上值得永远纪念的日子。1953年6月30日，第一批试生产的300辆Corvette车在美国的Michigan投产。1954年，其生产地被移至美国的 St.Louis。从1984年至今，Chevrolet Corvette车型一直在Bowling Green生产。
汽车迎来碳纤维复合材料时代 2011/11/08 【日中环保生态网】碳纤维复合材料（CFRP）——帝人利用热可塑性树脂技术突破“1分钟屏障”。东丽也发布试制车。各原材料厂商促动汽车厂商采用碳纤维复合材料。 今年10月，日本国土交通省及经济产业省制定了以2020年度为目标的更加严格的轿车新燃效标准。欧洲也将于明年大幅度强化汽车的二氧化碳排放规制。 随着规制的强化，电动汽车（EV）、混合动力车（HV）等环保车的普及已进入人们的视野。想改善燃效，延长行驶距离的车体轻量化必不可少。 在钢铁企业及化学企业致力于原料开发的背景下，碳纤维复合材料（CFRP）被寄予厚望。碳纤维复合材料的重量是铁的四分之一，强度却是10倍。东丽以及三菱丽阳、帝人这3家日本企业掌握着7成的世界市场份额。 碳纤维复合材料虽被采用于丰田高档车“雷克萨斯LFA”的骨架等，但其成型时间长成为瓶颈，一直被认为不适用于量产车。但是今年，碳纤维复合材料企业相继发布了着眼于实现量产的试制车。 车体骨架的重量为铁制骨架的五分之一 车体骨架的重量为铁制骨架的五分之一 今年3月，帝人公司公布已成功掌握以世界最快速度——在1分钟之内成型的量产技术。使用的是加热即融化、冷却即凝固的“热可塑性树脂”。做法是对树脂中含有碳纤维的中间材料进行冲压成型。 以往的碳纤维复合材料主要是使用加热即凝固的“热硬化性树脂”。热硬化性碳纤维复合材料一般必须有烧结工序，成型过程最短也要花费5分钟。通过采用热可塑性树脂便可省去烧结工序，从而缩短成型时间。由此突破了决定能否进入量产车生产线的“1分钟屏障”。 此次试制的电动汽车的车体骨架为47公斤。两个成年人就能抬起来。既保持了可与铁制骨架匹敌的强度，而重量又只有铁制骨架的五分之一。 为了提高强度，帝人开发出了3种中间材料。对限定方向具有高强度的材料、对所有方向强度均等的材料等，根据使用部位的需要区分使用，由此实现了全部热可塑性碳纤维复合材料的车体骨架。
·开发与创新· Development and Applications of Carbon Fiber and Its Composites GAO Bo ,XU Zi-Li (Wuhan Textile University ,Wuhan Hubei 430073,China Abstract:This paper introduces performance and features of carbon fiber,briefly overviews the history,including both foreign and domestic.And analyses the properties and applications of carbon fiber composite material,emphasizes the related performance that carbon fiber adds to the metal matrix composites and points out its research prospects.Key words:carbon fiber ;composite ;metal matrix 0引言 碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维,是由有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成的。它是一种力学性能优异的新材料,比重不到钢的1/4,能像铜那样导电,比不锈钢还耐腐蚀,而其复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa ,也高于钢。碳纤维按其原料可分为三类:聚丙烯腈基(PAN 碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三类。其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广,需求也最大[1]。 1碳纤维的发展史 1.1国外碳纤维的发展历史 20世纪50年代美国开始研究粘胶基碳纤维,1959 年生产出了粘胶基纤维Thormel-25,这是最早的碳纤维产品。同一年,日本发明了用聚丙烯腈基(PAN 原丝
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 （上海市复合材料学会）（东华大学）（连云港鹰游纺机集团公司） 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。 可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300 碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 （1）军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人
阅读文章，回答问题。 碳纤维复合材料 ①2018年11月6日，两年一度的珠海航展上，中俄合作研制的280座远程宽体客机CR929，以1：1的展示样机首次亮相国际航展。在这款最新一代的大型飞机上，复合材料的使用比例有望．．超过50%。同样，在去年5月5日首飞的C919大客机上，使用的复合材料占到飞机结构重量的12%。这里的复合材料，主要就是碳纤维复合材料。 ②碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必 不可少的战略基础材料。它不存在腐蚀生锈的问题。由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的卫星、火箭等宇宙飞行器，噪音小，质 量小，动力消耗少，可节约大量燃料。 ③碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具 实现“轻量化”的完美材料。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多，新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。这使飞机机体的结构重量减轻了20%，比同类飞机可节省20%的燃油，从而大幅降低了运行成本、减少二氧化碳排放。碳 纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大。它的重量仅相当 于钢材的20%到30%，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益。 ④随着航空航天、汽车轻量化、风电、轨道交通等行业领域对碳
纤维的需求爆发，碳纤维工业应用开始进入规模化生产。业内预测， 预计到2020年，全球碳纤维需求量将超过16万吨，到2025年，将超过33万吨。面对如此巨大而重要的市场，国内企业既要通过掌握 关键技术来实现碳纤维的稳定批量生产和大规模工程化应用，同时也要瞄准国产新一代碳纤维及其复合材料及早研发和布局，2016年2月15日，中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。2018年2月，中国完全自主研发出第一条百吨级T1000碳纤维生产线，这标志着我国已经牢牢站稳全球高端碳纤维市场的一席之地。 101．阅读选文第①段和第③段，回答问题。 （1）选文第①段加点词“有望”能删去？请说出理由。 （2）选文第③段画线句运用了哪些说明方法？有何作用？ 102．随着科学技术的发展，请你设想一下生活中将会有哪些碳纤维 复合材料的产品。 【答案】 101．（1）不能删去，“有望”是有希望的意思，说明“在这款最新 一代的大型飞机上，复合材料的使用比例”未来有希望超过“50%”，该词体现了说明文语言的准确性和科学性。 （2）列数字、作比较，具体准确地说明了碳纤维作为汽车材料，最 大的优点是质量轻、强度大。 102．碳纤维复合材料制成的羽毛球拍、登山器械等体育休闲用品； 汽车、地铁等交通工具；以及碳纤维复合材料制成的衣服、家具等日
典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成 汽车用地毯与整车钣金接触面积比较大，因而对于整车的声学性能起着非常重要的作用，文章通过对典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成的阐述，以期为业界开发乘用车簇绒地毯起到一定的参考意义。 标签：簇绒地毯声学性能复合材料性能与构成 0 引言 随着现代纺织技术和工艺的发展，汽车工业大量采用高性能纤维材料，充分满足了消费者的需求。就目前而言，汽车地毯类主要有针刺地毯及簇绒地毯两大类。前者所用纤维原料95%以上是聚酰胺纤维，其优点在于优异的回弹和耐磨性。针刺地毯所用纤维主要是聚酯和聚丙烯，由于聚丙烯价格上的优势，各国都投入了较大的人力和物力对其进行研究和开发，而国内目前针刺地毯主要应用在中低档的小型家轿上，中型及豪华轿车上大都采用了簇绒地毯。 下面就从汽车地毯的几个主要性能要求上，对典型汽车用簇绒地毯复合材料开发与应用做一简明的阐述。 作为汽车内饰件的地毯，其主要的性能包括：外观、声学、机械性能、气味、排放、阻燃性等。 图1即为一种典型的簇绒地毯复合材料构成，它是一种层迭式的复合结构，通过簇绒、涂胶、热压成型以及发泡等工艺流程制造。 1 簇绒地毯复合材料构成最上层-毯面的外观特性 首先，汽车用簇绒地毯外观，需满足人们对于舒适豪华感观上的追求，因而对于最上层结构的毯面设计，就需考虑两个要点：毯面的风格及颜色。产业用纺织品的纤维原料已经从过去主要采用棉、毛、麻等天然纤维逐步发展到采用粘胶、丙纶、绵纶、腈纶等化纤，从采用常规化纤发展到大量采用各种高强、高模、耐高温、耐酸碱、高氧化、耐水解的高性能纤维，由于聚酰胺纤维（俗称：尼龙纱线）优异的回弹和耐磨性，它迅速地在汽车簇绒地毯中得到广泛的应用，各供应商也积极地投入到此纱线的开发中来，目前国内比较大规模开发簇绒尼龙纱线的厂家中有Aquafil，Universal以及Invista等，随着中国汽车工业近几年的蓬勃发展，高中档家用轿车和商业用车产销两旺，合成化学纤维用量需求越来越大。 所谓簇绒，是将一束束的尼龙纱线植于无纺布的基布上，簇绒机将纱线剪断，纱线直立或弯曲形成绒感，背面将纱线束用PE胶粘附形成。对毯面的风格而言，主要体现在绒高，簇绒机的幅宽方向的纱线束的针脚距离，毯面的单位面积的克重等，目前国内外的毯面的加工过程大都通过簇绒机完成，以进口机器为主，绒线束针距现在较为普遍的有两种，一种为1/10”，另一种5/64”，是指在簇绒机的
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
复合材料基础 姓名：梁雨 专业：化学 学号：2014122
碳纤维复合材料 碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。不仅强度高，密度小，并且具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高位等优异性能，是一种很有发展前景的高性 能纤。这些优异的性能使得人们对它的重视到了一个很高的高度。那么接下来我就来介绍一下有关碳纤维复合材料在各方面的的一些知识。 一、碳纤维复合材料发展史 碳纤维复合材料的发展史应包含碳纤维的发展史何其复合材料应用史。碳纤维是碳材料的一种新形式。我们已经知道碳材料结构由四种类型，一是无定形碳、而是石墨、三是金刚石、四是白碳。碳纤维含碳99%以上，主要是石墨和无定形碳，纤维形状是一种新的应用形式。1880年人类制造了第一批电灯泡，那是电 灯泡的灯丝就是当时人类研制的第一批碳纤维，直到1901年发明钨丝后才不用它做灯丝了。到1950年美国空军材料研究所由于军工的需求，加紧对碳纤维研究，1959年由联合碳化合物公司实现了高强碳纤维的生产工艺。与此同时，1962年日本旭炭公司在远藤教授研究的基础上实现以聚丙腈纤维为原料，经过预氧化（不熔化）、1300℃以上高温炭化而得到有实用价值的通用碳纤维的工业生产线。1970年以后东丽公司、东邦公司相继参加聚丙烯腈基碳纤维的生产开发，形成2吨╱年的规模。1978年产量达1000t。20世纪80年代后期批量生产的M30、M60、T1000等石墨化程度更高的碳纤维。随后碳纤维在全世界需求量随年逐增 中国碳纤维的发展 我国从1968年开始研究碳纤维，很快研究出碳纤维1#，相当于T200的水平，1976年建成中试线，那是与日本东丽公司的差距为5年。后来碳纤维2#的研究久攻不下。差距已拉大20多年，无竞争可言。同时由于发达国家对我国几 十年的技术封锁，至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长时 间依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航天及国防军工事业的 发展，与我国经济社会发展的进程极不相称。所以，研究生产高性能、高质量的 碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。
近几年来，随着低碳环保意识、高新技术的不断发展，尤其是当前汽车轻量化的发展环境中，碳纤维复合材料（CFRP）凭借其超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等特性，成为了当下汽车产业的原材料首选，在汽车上的应用日渐普及。本文将对碳纤 维复合材料（CFRP）所具有的特性、及其在汽车行业的运用情况进行了深入探讨，力求为碳纤维复合材料（CFRP）的未来运用提供一定的参考。 0 引言 随着社会经济的快速发展，低碳节能、高效低成本已经成为各个行业市场竞争的必然选择，低碳环保、节能减排也是当前政府非常重视与强调的，尤其是工业生产与汽车产业。在政府、社会相关宣传与个人环保意识不断提升的推动下，汽车等相关领域不断创新与发展，为新型 低成本三维复合材料带来发展契机。碳纤维复合材料不仅具有良好的性能，诸如：超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等，在提升性能方面具有不可替代作用，还能降低车身的总体成本，非常有利于汽车赢得消费者的青睐并抢占更多的市场份额。碳纤 维复合材料在汽车车身中的运用已经成为世界各国争相发展的一门关键技术，尤其是具有成 熟汽车产业市场的欧美国家与日本，这些国家各大车厂在进行汽车生产的过程中都大量选用 了碳纤维材料，实现优化车体结构、降低汽车车身生产成本以及提高汽车性能的目标。 本文将深入探讨碳纤维复合材料的特性及其在汽车行业运用现状，结合碳纤维复合材料在 汽车行业中的运用实例，分析碳纤维复合材料所具有的优势，展望碳纤维复合材料在汽车行 业中的运用前景。 1 碳纤维复合材料《CFRP）介绍 1.1碳纤维复合材料概念 碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新 型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处 理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且 具有耐腐蚀、高模量的特性。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可 加工性，是新一代增强纤维。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称 碳纤维复合材料。 1.2碳纤维复合材料的特征 （1）超强抗拉弹性 碳纤维复合材料具有超强抗拉弹性，通常情况下高于3 500 MPa、这种强度是钢铁的7倍。另外，不但抗拉弹性远远高于钢，其比模量也远远高于钢。 （2）耐高温、耐腐蚀 相较于其他的材料而言，CFRP具有轻量化、刚强、柔韧性外，还具有耐高温、耐腐蚀、 耐疲劳等超强性能。除此之外，独特的碳结构让其拥有大面积的整体成型特征，同时，它还 拥有良好的稳定性与设计可塑造性，正是这些独有的特征让其可以在车轻量化实现线性增长。 （3）能量吸收性能优越 优越的能量吸收性能是CFRP材料在汽车中被广泛运用的主要原因。CFRP材料是同类的 钢质零部件质量的一半不到，是同类铝制零部件质量的70％左右，质量轻，还能抵抗更大的 冲击，足见CFRP材料的优越性。 1.3碳纤维复合材料发展历史与发展现状 从20世纪70年代开始，CFRP材料开始受到世界各国相关研究人员的关注。在国内的发