碳纤维增强材料在汽车上的应用

碳纤维增强材料在汽车中的应用,制作人：王萍,目录,碳纤维发展历程和现状碳纤复合材料的特性碳纤复合材料在汽车领域中的应用碳纤维复合材料的前景与展望,一、碳纤维发展历程和现状发展历程,碳纤维是一种兼具碳材料的强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工新材料，是新一代的增强纤维。国外PAN基碳纤维的研究与开发开始于20世纪60年代。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大。我国80年代开始研究高强型碳纤维，进入21世纪以来发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引进了500吨/年原丝、200吨/年PAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T300水平)，使我国碳纤维工业进入了产业化。,发展现状,随着工程技术和材料科学的发展，对材料性能的要求越来越高。先进的复合材料由于性能优良，已成为一种极其重要的工程材料。有关先进复合材料的研究、发展和应用一直是高科技材料技术的重要内容之一，而碳纤维在此领域占有举足轻重的地位。在现代尖端技术发展中，已成为一种不可缺少的新型材料。自从1953年第一辆全复合材料车身的汽车问世以来，复合材料在汽车上的应用不断增多。如今随着汽车轻量化浪潮的出现，碳纤维复合材料在汽车上的应用日益受到追捧。,发展现状（举例）,2008年6月，东丽公司成立其汽车研发中心，主要任务就是开发碳纤维复合材料（CFRP）零部件在汽车领域的更广泛应用，并于2009年4月成立了先进复合材料中心。2010年4月，美国碳纤维领先制造商卓尔泰克（Zoltek），宣布已成立一个新的子公司，称为ZoltekAutomotive（卓尔泰克汽车公司），加快对轻质碳纤维在汽车业大幅应用的领域。日本帝人集团的总裁，也同样对进军碳纤维市场充满信心，认为通过未来几年在车辆中使用碳纤维增强塑料（CFRP），能够帮助电动汽车车身减重一半以上。,二、碳纤维复合材料（CFRP）特性,碳纤维复合材料（CFRP）以其质量小强度高刚性高良好的耐蠕变与耐腐蚀性成为最理想的汽用轻量化材料。,碳（石墨）纤维碳（石墨）纤维是以有机纤维聚丙烯晴（PAN）纤维、粘胶纤维、沥青纤维等原丝经过预氧化、碳化、石墨化等高温固相反应工艺过程制备而成，由有择优取向的石墨微晶构成，因而具有很高的强度和弹性模量（刚性）。它的比重一般为1.701.80g/cm3，强度为12007000MPa，弹性模量为200400GPa，热膨胀系数接近于零，甚至可为负值（1.510-6）。,碳纤维与石墨纤维特性对比,三、碳纤复合材料在汽车领域中的应用,碳纤维复合材料（CFRP）借助其优异的性能，如今在汽车车身、尾翼、汽车底盘，发动机罩、汽车内饰等各个地方我们都能够发现碳纤维复合材料的身影。,梅赛德斯-奔驰新款SLRMclaren,梅赛德斯-奔驰新款SLRMclaren高性能跑车几乎完全由碳纤维复合材料制成。轻量化、高强度的碳纤维复合材料最早用于航空和航天工业，其优点也在当今F1赛车中得到了证明。重量比钢降低50%，而在碰撞中的能量吸收能力却比钢或铝高4-5倍。梅赛德斯-奔驰为了充分利用这些特性，在新款SLRMclaren的前端结构中嵌入了两根长度为620毫米的碳纤维纵梁，在发生正面碰撞时可吸收所有的碰撞能量，从而确保乘员舱完好无损。值得一提的是，新款SLRMclaren的乘员舱也完全由碳纤维复合材料制成，在发生侧面或尾部碰撞时，也能够为乘客提供非常充足的安全空间。,提高安全性,抗疲劳、耐腐蚀，保持长期的时尚外观,从图中展示的兰博基尼（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，延长车身受命上得到有效证明，可让车身更具有长期的时尚外观。,兰博基尼（Lamborghini）supersportscars,碳纤维复合材料工艺不光是在车身上的应用，也在一些零部件上得到大量的使用，而逐渐替代金属的不足。采用复材的特殊工艺，可将较为复杂的汽车部件一体化或减少汽车部件，如整体的车顶、汽车引擎罩与叶子板，汽车的座舱也可减少到5-7件，这样大大地提高了汽车整体刚性，节省了材料。,宝马M3汽车整体碳纤维复材车顶,宝马M3双门轿跑碳纤维车顶版比普通版轻了5公斤。碳纤维车顶降低自重的同时，也大幅降低了车辆的重心。对于高性能车来说，车顶上的5公斤和在底盘上的5公斤在高速过弯时对车身产生的侧倾力矩完全不在同一量级上，重心降低势必将带来更强的动态稳定性。除了装备碳纤维车顶，还在前保险杠下面的裙边、后扰流板以及内饰等部位使用碳纤维材质。,碳纤维裙边,阿尔法罗密欧8CCompetizione,8CCompetition像外观一样，车厢也是精致和样式的体现。将皮子、铝和碳纤维这样的优质材料分散用于车厢各处，形成了典雅和运动特性的良好结合。,两个碳纤维桶形座椅由华丽的红色真皮所覆盖，给予了充足的支撑，但是仅能手动调节。,碳纤维进气系统超导流碳纤维进气系统从空气滤清器到进气导管全部严格打造，并采用100%纯碳纤维材质制造的圆柱状集气筒，其质坚、量轻与隔热的特点，让进气的温度完全不受引擎室高温所影响。,碳纤维引擎罩,车头水箱罩和定风翼,四、碳纤维复合材料的前景与展望,在交通领域，碳纤维扩大应用的最大希望在于汽车业。国外的各大主要汽车厂家，均竞相开发CFRP（碳纤维复合材料）化的节能、环保和安全性汽车。新一代的汽车要求大大地降低能耗，最重要的措施之一就是减轻汽车质量，用一般钢材是不可能实现的，因此采用复合材料是最有效的办法。设计表明，一辆典型小车的碳纤维用量可以超过113kg。在这一领域仅仅为了满足北美的需求，碳纤维的需求量就达现有世界碳纤维总生产能力的100倍。因此碳纤维复合材料用作汽车材料，将具有广阔的发展前景。,随着国际碳纤维市场的迅速发展，需求量的不断增长也给中国碳纤维行业提供了难得的发展机遇。随着应用研究的进一步深入，未来