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
?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】
碳纤维助力汽车轻量化 C H I N A F A W，T H E F I R S T C A R 2018/8
目录 C o n t e n t 一、轻量化背景与碳纤维复合材料性能特点 二、碳纤维复合材料的行业应用与新技术 三、一汽在碳纤维复合材料方面的技术开发工作 四、汽车行业对碳纤维的需求和展望
?我国汽车行业飞速发展，能源安全、节能减排成为汽车产业可持续发展面临的重要问题。 6.9 5 20162020 四阶段油耗法规：5L/100Km ?2020年四阶段油耗达到5.0L/100km ?2025年五阶段油耗预计4.0L/100km ?预计减少CO 2排放约1.13亿吨 ?动力电池模块比能量达到300瓦时/公斤以上 《节能与新能源汽车产业发展规划》 《乘用车企业平均燃料消耗量》 2015年12月12日，各国在巴黎气候大会上通过《巴黎协定》，联合治理CO2排放问题。我国承诺将于2030年左右，使二氧化碳排放达到峰值，并尽早实现。 中国CO 2排放量居世界首位，已经占到CO 2排放总量的20%以上，远高于其他国家。 各国全球CO 2排放量 汽车排放占全球CO2排放量25%，已经成为温室效应和环境污染重要来源之一。 全球CO 2排放量行业占比 《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》 ?“双积分”制度将加速汽车业向低油耗低碳排放发展 ?按照政策要求，国内所有年销量3万辆以上的汽车制造企业和汽车进口商都要满足平均燃料值积分和新能源汽车积分这两项积分政策 国家法规政策 环境压力与政策背景
?汽车轻量化对整车性能提升和为用户创造价值，都有着重要的意义。 ?汽车轻量化，是汽车节能减排的关键手段，是企业满足国家法规的重要途径。 整车降重10% 油耗减少6-8% 排放减少6-7% 制动距离减少3-4% 加速时间减少6-8% 提高轮胎寿命7% 提高耐久性能提高操控性能 降低电池成本 ?降重100kg 后，可实现降油耗6-8% ?底盘、传动系的旋转零件每降重1kg 的效果是其他零部件的5~10倍 乘用车： 降低油耗，增加CAFC 积分 新能源汽车： 提高续航，增加新能源积分 ?降重100kg ，相当于续航里程提升6-8%左右 ?降重100kg 后，可增加用户利润5000元 商用车： 降低油耗，增加经济效益 轻量化的现实意义
《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
碳纤维，又称碳化纤维，泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬，所以它的用途很广泛。碳纤维在汽车领域的应用率先从赛车开始，近年来在民用汽车中得到了广泛的引用。涂着清漆，故意露出深沉的黑色编织花纹的碳纤维组件已不单单只是为了看上去拉风，“高碳”之风越刮越烈。 一般碳纤维的密度为1750 kg/立方米，如此低的密度让其更是广泛被使用于大型飞机，例如空中客车的A350与A380，波音787均利用碳纤维复合材料来减轻耗油量。另外大型风力发电机的叶片，赛车、高端自行车的车身均为碳纤维复合材料需求量增加的重要因素。 碳纤维预浸料备受赛车青睐 今年美国Brammo公司生产的Empulse电动摩托赛车的主要特征是其结构件采用蔼科颂复合材料公司生产的碳纤维预浸料。 美国俄勒冈州的电动车公司Brammo制造的Empulse赛车今年在设计上有一些改进，包括新座椅的安装以及使用英国复合材料制造商蔼科颂生产的8020预浸料制造的储罐。 先前自行车使用碳纤维是为了美观，今年Brammo使用预浸料生产的碳纤维结构件极大地减轻了摩托车的重量，以提高其性能。 “使用蔼科颂复合材料公司的预浸料，可以减轻重量的30%，”Brammo产品开发总监 Brian Wismann说，“另外的好处是模具表面光洁度很好，不必清除涂层或喷漆，进一步节省了重量。” F1车队采用碳纤维制造赛车车身和碰撞缓冲构件 数年来，F1车队一直采用碳纤维复合材料制造赛车车身和碰撞缓冲构件，从而显著减少赛事中的重伤事故。 碳纤维制成汽车的身体，除了更轻盈外，车辆的抗挤压能力也令人惊叹，因为碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4倍到5倍左右；因为身轻如燕，车辆连油耗的烦恼也没有了；因为不受传统车身结构的限制，车辆造型可以像做发型一样，多样变化。 有意思的是，在对车头车尾进行的抗冲击测试发现，铝制底盘受到挤压会变形，也会吸收部分能量。然而，由坚硬的碳纤维制造的乘客区却安然无恙，甚至侧面来的强力冲击也只能让车厢内的假人模型和电池毫发无伤（当然，当安全气囊装置启动时，电池会自动断电）。 另外，即便车辆受到猛烈的撞击，车体有所损伤也不用担心，切掉碳纤维受损的部分再粘上新部件，完全可以让车辆恢复原状。 早在1992年，美国通用汽车公司就提出了超轻概念车，该车车身采用碳纤维复合材料，由手工碳纤维预浸料工艺制造，整体车身的质量为191公斤。用碳纤维取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量68%，从而节约汽油消耗40%。
碳纤维在汽车上的应用 摘要：碳纤维，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。它具有许多优良性能，密度低，强度大，耐超高温，耐疲劳性好，耐腐蚀性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。因为其优良的性能，从而在汽车上得到广泛的使用，推动了汽车工业的变革。 关键词：碳纤维汽车轻量化 一：什么是碳纤维 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，在国防军工 和民用方面都是重要材料。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。 碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。 碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型。 现今，碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。 1994年至2002年左右，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。车用碳纤维复合材料可用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件。目前钢铁材料约占车体重量的3/4，如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻300kg，燃油效率提高36%，二氧化碳排放量可削减17%。我国汽车年产量将突破2000 万辆，预计今后还会继续上升。研制轻量化汽车是实现我国低碳经济的迫切需求，汽车应用碳纤维是轻量化的新选择。 二．碳纤维在汽车上的应用
我的玩车经历以及对碳纤维车架的使用心得 字数比较多，希望有兴趣的车友耐心看完。 一、玩车经历篇 转眼间，上大学已经3年多了，从一开始上大学就开始接触真正的“玩车”！从开始的几百块的攀爬，接着开始烧MONTY，ECHO TEAM，然后转型到山地，从开始MERIDA超级重的组装山地，到万把块左右的兰色MERIDA迈阿密。由于武汉的比赛绝大多数都是公路比赛，自己也想通过比赛提高自己。然后又转型的公路，06年4月，等了4个月以后终于把心爱的全碳CKT装起来（具体配置下面再说）！幸运的成为武汉第一批用碳架的人。然后俱乐部帮我搞到了我3年一直的梦想--MERIDA队版的全碳山地整车，再加上已经有的 DA BOMB街车，我已经玩过大部分的自行车车种和目前手头的3台车！我不是专业车手，也没有经过专业训练，我只是一个很普通的大学生，一个自行车爱好者，发烧友，也受到过前国家队队员的指点！在湖北的联赛上，也就总是第6名左右的成绩，在湖北的大学生比赛上比较光彩，也小有点名气。 这里说说我车的配置： 1：CKT-168全碳公路。台湾国家队（我绝对支持祖国统一，但是台湾省他们自己称为“国家队”）用的架子。CKT-168全碳坐管前叉，全套SHIMANO UT套件UT6610脚踏，台湾六毅全碳肌肉把，SHIMANO R550轮组，SLR 坐板，所以车子在装的时候大大超出预算，本来想买套好点的轮组，但是搞到这个样子花了2XXXX，我已经没有能力再继
续搞好轮组了。装起来不包括脚踏整车7。7公斤。但是R550轮组用它的实力告诉我，除了重量，这队轮子也不差，而且性价比非常之高，平时骑行和训练比赛，多少会拿来飞一下，1万多公里了还是非常好！ 2。MERIDA全碳车队版山地。MERIDA硬山地车架里最高档次，奥运会冠军用的架子。从一开始玩山地就非常喜欢那个架子的造型，颜色，尤其是MERIDA标志性的绿色火焰。06年8月，湖北永光极限单车俱乐部汉口旗舰店开业，老板费了好大力气把这个车的整车搞来一台。3年的追寻，我当然不会放过。整车当初是9。4公斤，到目前被我乱七八糟的换，已经减肥到8。7公斤了！全套V刹版XTR，DT240花鼓，DT革命钢丝，MAVIC517车圈，MAXXIS 310外胎，KCNC超轻把立把横坐管，SLR 135克坐板！ 3。DA BOMB街车。DB的16寸土腾架，其他零件是由以前山地升级换下来的乱七八糟拼起来的，平时小飞一下还是没问题的。配置不多说。 二。对碳纤维的一些使用心得 我不是个有钱人，但是我爱车，我也喜欢去烧装备，去玩技术。一个学生，2台全碳，中国也没几个吧！使用CKT已经有一年的时间了，MERIDA也有6个月了。虽然我不像专业队那样可以去更大的发挥碳纤维车架的极限工作状态，但是我也有我作为一个爱好者一个使用很长时间的心得！碳纤维的优点很多，重量轻，强度高（特别是纵向强度），美观大方。缺点就是怕尖利的物体碰撞，这样车架整体强度没了，基本就可以放到家里当摆设了~~~
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
【论文】碳纤维在汽车上的应用 碳纤维(CF)是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。具有十分优异的力学性能。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。碳纤维和碳纤维增强复合材料（CFRP）做为二十一世纪的新材料，其高强度、高弹性模量和低比重性能，在汽车上迅速得到广泛的应用，无论是在车辆外观钣件、引擎舱内集气箱、车室内门板或是饰板等，皆可以看到碳纤维的出现。专家指出，在未来5年内碳纤维将引起汽车工业革命性的变革。 汽车车身、底盘 由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，其适于制造汽车车身、底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身、底盘减轻重量40～60％，相当于钢结构重量的1/3～1/6。 英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明碳纤维增强聚合物材料车身重172kg，而钢制车身重量为368kg，减重约50％。并且当生产量在2万辆以下时，采用RTM工艺生产复合材料车身成本要低于钢制车身。 东丽确立了使用碳纤维强化塑料（CFRP）、在10分钟内成形汽车底盘（前地板）的技术。 但由于碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限，仅在一些F1赛车、高级轿车、小批量车型上有所应用，如BMW公司的Z-9、Z-22的车身，M3系列车顶蓬和车身，GM公司的Ultralite车身，福特公司的GT40车身、保时捷911 GT3承载式车身等。 刹车片 碳纤维还因为其环保、耐磨的特点而应用在刹车片上，但含有碳纤维复合材料的产品都格外贵，所以目前这种刹车片还主要应用在高档轿车上。碳纤维制动盘被广泛用于竞赛用汽车上，例如Ｆ１赛车上。它能够在50ｍ的距离内将汽车的速度从300ｋｍ／ｈ降低到50ｋｍ／ｈ，此时制动盘的温度会升高到900 ℃以上，制动盘会因为吸收大量的热能而变红。碳纤维制动盘能够承受2500 ℃的高温，而且具有非常优秀的制动稳定性。虽然碳纤维制动盘具有性能卓越的减速性能，但是目前在量产的汽车上使用碳纤维制动盘却并不实际，因为碳纤维制动盘的性能在温度达到８００℃以上时才能够达到最好。也就是说，必须在行驶了数公里之后，汽车的制动装置才能进入最佳工作状态，这对于大多数只是短途行驶的车辆并不适用。另外，碳纤维制动盘的磨损速度很快，制造成本也非常高。 座椅加热垫 碳纤维汽车座椅加热垫是碳纤维加热应用于汽车工业的一个突破，碳纤维加热元技术在汽车配套市场变得越来越受欢迎,它将会完全替代传统的座椅加热系统。目前几乎全球所有汽车制造厂商的高档、豪华轿车都配备了这种座椅加热装置,比如奔驰、宝马、奥迪、大众、本田、日产等等。碳纤维热载荷碳纤维是一种比较高效能的导热材料，热效率高达96％,并在加热垫中均匀密布,保证热量在座椅加热区域均匀释放，碳纤维线及温度分布均匀,又确保了加热垫长期使用保持座椅表面皮革平整完好。不产生纹路痕迹、不产生局部变色。温度超出设定区间则自动断电，不能满足温度要求时自动通电调节温度。碳纤维适宜人体吸收的红外线波长,具有促进健康的保健作用，可以充分减少驾乘疲劳，增加舒适度。 轮毂 德国的轮毂制造专家WHEELSANDMORE推出的“Megalight-Forged-Series”轮毂系列，采取两片式设计，外环为碳纤维材质打造，内毂为轻量化的合金，搭配不锈钢制的螺丝，较一般同尺码的轮毂可轻上40﹪左右；以20寸的轮毂为例，Megalight-Forged-Series轮圈仅有六公斤，较一般大约18公斤的重量相较，轻了一大截。20寸的Megalight-Forged-Series 一组轮毂要价两万欧元，约21.86万人民币；目前共有18至23寸尺码可供选择。 英国Kahm公司使用CFRP制得的RX-X型高级轿车专用车轮，重量仅为6kg，可高速行驶，并可最大限度地降低车轮的径向惯性力。由英国DYMAG公司开发的世界最轻碳纤维/镁车轮由碳纤维轮网和镁刹车盘两部分组成，并用镀钛的特殊硬件连接起来。 燃料贮罐
一、未来汽车工业为什么用复合材料 复合材料可以减轻车身重量，降低油耗，减少尾气排放，提高装载量；其抗冲击性强，能量吸收能力强，可以非常好地改善汽车的安全性能，F1上大量使用碳纤维，就是一个最好的证明；复合材料的可设计性灵活，可视的碳纤维外观使汽车造型更加美观时尚；其抗疲劳、耐腐蚀性能好，可以延长车身寿命，这一特点在航空航天领域得到普遍认可。 二、复合材料在汽车上的应用 复合材料在汽车上主要可应用于发动机罩、翼子板、车顶、行李箱、门板、底盘等结构件中。碳纤维最初主要应于赛车当中，随着车用复合材料技术地不断成熟发展，现在也被广泛地应用于超级跑车和高价值民用轿车上。在商用车应用上，也逐渐从重型卡车中，广泛地延伸到大巴车和轻型小卡。 1、主承载车身结构件 为了确保足够的安全性能，在主承载车身结构件上汽车厂商通常要选择强度，刚性及耐冲击性能均很高的材料用于制作主承力结构件，这时环氧树脂碳纤维增强复合材料就成为理想的材料选择。 环氧树脂碳纤维增强复合材料具有可设计性，质轻高强，与同体积的铝合金构件相比减重可达50%，耐冲击，耐腐蚀，抗疲劳, 材料寿命长，此类材料制作的主承载车身结构件，不仅大大提高了汽车的安全性，而且降低了车重，减少了燃油消耗，提高了经济性，另外还改善了美观性。 2、次承力结构件 次承力结构件主要包括：车门，发罩，行李舱门，前后杠，翼子板，扰流板等部件，其结构大都为层合实体结构和复合材料三明治夹心结构。 三明治结构特点： 蒙皮选用高强度高模量材料制作，承受较大的弯曲负荷；芯材选用一定刚度和强度的低密度材料，其抗剪切性能突出，可承受较大的冲击载荷；胶结层将蒙皮和芯材连接在一起，承受剪切应力；由于选用低密度芯材，重量会进一步降低。 三、用于制作车身结构的主要制造工艺 1、预浸料袋压/热压罐(Autoclave) 该工艺是将纤维预先被树脂浸润，制成半固化态材料，过程中纤维和树脂含量是可控的，采用手工积层，干法操作，易于施工，环境友好。成型制品表面精度高，孔隙率低，品质高，由于采用热压罐加压固化，层间结合紧密，机械强度优。目前是应用最广泛的工艺，是高端复合材料必备工艺，其材料需要低温运输和储存。 工艺流程：根据铺层设计和工艺规范在模具上手工逐层干法铺贴；制袋密封，使其内部处于真空并产生负压，消除气泡；送入热压罐，在一定的温度、压力、时间下固化成型。 2、树脂传递模塑(RTM)
碳纤维增强复合材料在汽车中的应用 摘要 随着汽车工业的飞速发展，减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，寻找较轻且性能良好的材料代替钢制汽车零件成为一个重要的研究方向。碳纤维增强复合材料具有强度高、重量轻、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点，碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能，是当前汽车材料轻量化的重要研究发展方向之一。本文介绍了碳纤维增强复合材料的特点、成型工艺及在汽车行业的应用情况，以及碳纤维增强复合材料在汽车应用中存在的问题。 关键词：碳纤维增强汽车应用
1 前言 现在社会汽车已成为人民出行必不可少的交通工具，在汽车给人类带来方便的同时也给环境带来了污染，汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，美国能源部相关研究表明，美国现有的汽车，如减重25％，每天可节省750,000桶燃油，每年二氧化碳的排放量可减少1.01亿吨，因此汽车轻量化已成为汽车工业技术发展的重要方向。除了对汽车各种零部件结构进行优化设计和改进外，采用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。如选用铝、镁、钛、高强度钢、工程塑料和复合材料等，用以制造汽车车身、底盘、发动机等零部件，可以有效的减轻汽车自重，提高发动机效率。 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料，是目前最先进的复合材料之一。它以其质量轻、强度高、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗腐蚀材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料，同时也受到汽车工业广泛重视，碳纤维增强复合材料在汽车方面主要是汽车骨架、缓冲器、弹簧片、引擎零件等，早在1979年，福特汽车公司就在实验车上作了试验，将其车身、框架等160个部件用碳纤维复合材料制造，结果整车减重33％，汽油的利用率提高了44％，同时大大降低了振动和噪音。 碳纤维具有比重小、强度高、模量高、耐腐蚀等特点，可用于制造碳纤维增强聚合物、金属、陶瓷基复合材料，是先进复合材料最重要的增强体。碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能。本文将简述碳纤维增强复合材料的性能特点，及其在汽车工业应用的前景和存在的问题。由于碳纤维增强复合材料的价格昂贵，严重影响其在汽车工业中的应用。因此，发展廉价的碳纤维和高效率碳纤维增强复合材料的生产方法和工艺已成为汽车轻量化材料研究中的关键课题，美国、日本等已将其列为汽车轻量化材料的研究计划。
玻璃纤维知识 1、复合材料在汽车的应用部位 在巴黎JEC复合材料展览会上，我们可以看到，复合材料在汽车上得到广泛应用，按功能分可分为结构件、装饰件和功能件；按部位可分为车身、底盘和座舱等，可具体细化为翼子板、车顶板、底盘、行李箱板、门内板、轮毂、引擎罩、避震弹簧、传动轴结构加强和耐热件等。 2、复合材料在汽车上应用的必要性 全球气温变暖，自然灾害的不断出现，2009“哥本哈根会议”已成为大家关注的主要话题，各国在节能减排上都在不懈的努力，减少碳的排放将是未来发展的主流，空客A3800的复合材料应用超过40%，波音B787复合材料已占总重量的50%以上，空客宽体运输机A400m复合材料的用量也近40%，这次展出的奥地利钻石公务客机，机身几乎全部使用了碳纤维复合材料，它们将比传统的飞机节省燃料20%以上。 作为材料行业中的贵族材料-碳纤维在航空、航天、军事、医疗放射用床板等领域的广泛应用，汽车行业也不甘落后，此次展出的跑车兰博基尼，碳纤维复合材料几乎覆盖了除电器、玻璃以外的全部车身和零部件，有资料显示车身仅重380KG，这为汽车减轻重量，降低油耗，减少尾气排放，提高装载量，提高抗冲击性，吸收能量，改善安全性能，提供了有力保障。 资料表明F1赛车已取得证明碳纤维复合材料可使设计性更灵活性，功能件和结构件的有机相结合，可减少零部件。碳纤维增强复合材料正在成为未来在高性能汽车业的关键因素。 从展示的兰博基尼（Lamborghini ）supersportscars来看，在装饰上，碳纤维提供了一个极其个别的高科技美感，并从航空业证明，碳纤维复合材料在抗疲劳，耐腐蚀，延长车身受命
综述与专论 合成纤维工业，２０１８，４１（１）：５３ＣＨＩＮＡ ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ ＦＩＢＥＲ ＩＮＤＵＳＴＲＹ 收稿日期：２０１７-０９-０６；修改稿收到日期：２０１７-１１-０２。作者简介：彭孟娜（１９９２—），女，在读研究生，研究方向为纺织材料与纺织品设计。Ｅ-ｍａｉｌ：４３８２８８０８３＠ｑｑ．ｃｏｍ。 碳纤维及其在汽车轻量化中的应用 彭孟娜，马建伟 （青岛大学纺织服装学院，山东青岛２６６０７１） 摘 要：介绍了碳纤维的结构与性能，以及聚丙烯腈基碳纤维的生产工艺流程，简述了国内外碳纤维生产 企业概况，重点阐述了碳纤维在汽车轻量化中的应用。碳纤维及其复合材料具有量轻、刚性大、易加工成形、抗冲击能力强、耐久性好、舒适性好等优点，应用于汽车中，是降低油耗、减少排放、提高新能源汽车续航里程最有效的途径之一；碳纤维生产成本高，复合材料成形工艺周期长，组件尺寸大、质量不稳定、量产困难等是今后需要解决的问题。 关键词：碳纤维 聚丙烯腈 复合材料 汽车 轻量化 应用 中图分类号：ＴＱ３４２＋． ７４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１-００４１（２０１８）０１-００５３-０５ 新能源汽车被列入国家“十三五”规划，目前 阻碍新能源汽车发展的主要因素是整车成本及整车质量等问题。为实现汽车轻量化，需替代原有钢制车身，碳纤维作为一种新型增强材料，在汽车 轻量化的应用前景广阔［１］ 。碳纤维作为增强材料和树脂基体复合而成的复合材料，优势明显，例如：低密度、高比强、高比模、耐疲劳性能好、耐腐蚀性能好、可设计性强、减震等。碳纤维复合材料可使车身质量降低６０％以上，续驶里程提高２５％以上，既降低了整车的质量及油耗，又不失轻便 灵巧［２］ 。 １ 碳纤维的结构与性能１．１ 碳纤维的结构 碳纤维是由有机纤维经碳化和石墨化处理而得到的微晶石墨材料，作为含碳质量分数大于９０％的高强度、高模量的纤维状碳材料，其沿纤维 轴方向强度极高［３］ 。就碳材料而言，主要的结构形态有无定型结构、金刚石结构和石墨结构，其中，石墨结构是最稳定的结构形态。石墨中的碳原子以六方网络片状的形式存在，层内碳原子以 共价键相连，层与层之间则相互错开由范德华力 相连［４－５］ 。 碳纤维的微观结构包括表面结构、皮芯结构、 微晶结构及孔洞结构［６］ 。其中，碳纤维的皮芯结构主要制约碳纤维强力；孔洞结构使碳纤维虽然孔隙粗糙度提高，但强力下降。碳纤维中存在大量的微观结构缺陷，使得碳纤维的实际力学性能 和理论力学性能之间差异明显［７－８］ 。碳纤维在制备过程中会产生各种缺陷，导致碳纤维并非理想 的石墨点阵结构，而是乱层石墨结构［９］ 。为了制造出高性能的碳纤维，必须克服碳纤维的微观结构缺陷。１．２ 碳纤维的种类及性能 碳纤维按原料来源划分，主要分为聚丙烯腈（ＰＡＮ）基碳纤维、沥青基碳纤维及粘胶基碳纤维。其中，粘胶基碳纤维开发早，但强力低，应用较少；沥青基碳纤维弹性模量好，但抗拉强度和抗 压强度低，且沥青的提取成本高［１０－１１］ 。目前，ＰＡＮ基碳纤维使用范围最广，产量占比超过９０％。ＰＡＮ基碳纤维丝束按单丝数量划分，分为小丝束和大丝束，其性能对比见表１。 表１ 大丝束和小丝束的性能对比 Ｔａｂ．１ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｔｒａｓｔｏｆｌａｒｇｅｔｏｗａｎｄｓｍａｌｌｔｏｗ 项目展开程度单层厚度粘连、断丝 比强度比模量总体性能应用领域大丝束较差较厚易小小较差飞机、航天器 小丝束 较好 较薄 不易 较大 较大 较好 汽车 与小丝束相比，大丝束性能较差，在制作板材 等结构时，丝束不宜展开，导致单层厚度较大，不 利于结构设计［１２］。此外，大丝束碳纤维更易粘 万方数据