谈谈碳纤维在车用上的重要地位

谈谈碳纤维在车用上的重要地位碳纤维是一种不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软性的特殊高新材料。其含碳量高于90%的无机高分子纤维。碳纤维的制作十分复杂繁琐，经过预氧化，高温炭化，石墨化，表面处理等诸多步骤，才能从原丝到成品，每一步骤又有着诸如碳化温度，预氧时间等严格的参数限制，所以它优异的品质也相应而生。成品碳纤维的轴向强度高、密度低、比性能高，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间、热膨胀系数小且具有各向异性、耐腐蚀性好。天下皆为利来，这是一个市场经济的年代，无论任何产业，归根结底就是在算一笔经济账。碳纤维材料的使用是否能让未来汽车具备更合理的成本、利润竞争力？为了研究这个问题，我们来逐步展开分析。然而，碳纤维复合材料到底是什么呢？碳纤维复合材料（CFRP）是由作为增强材料的碳纤维和作为基体材料的树脂组成（可以看成为1+1）。而一般复合材料的性能是优于其组分材料性能的，并且产生了一些原有组分材料所没有的性能（可以理解为1+1>2）。既然碳纤维复合材料有可能作为未来汽车的备选材料之一，那么它究竟能给汽车带来哪些令人惊喜的好处呢？为了让大家更好地理解，我们先来聊聊一个工业史上的大家伙 oeing787梦想飞机，通过纵向类比，引出两个核心意义。做生意，真正关心的就是效益和利润。在Boeing787上使用碳纤维材料，对于航空运营商来说，最大价值在于比同类飞机的飞行过程节能20%的燃油，总废弃排放量减少20%（碳排放超额可是要收税的！），比同类飞机降低噪音60%以上！而这一系列的优良的运营指标都可以大致地归纳为两方面的贡献，一是飞机整体重量减轻，二是飞机的主翼可以采取前所未有的设计来降低阻力。而这两点革命性的突破恰恰就在于，Boeing787飞机的碳纤维复合材料使用量占到了全机体积的80%！没错，你可以说这是一架塑料飞机。从Boeing787的启示中我们可以看到，碳纤维复合材料对于工程产品的关键意义就在于轻质高强和优良的可设计性！首先，汽车工业上常用的碳纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5-2.0g/立方厘米，这只有普通碳钢的1/4-1/5,比常用的铝合金还要轻1/3左右。但碳纤维复合材料的机械性能优于金属材料，其抗拉强度高于钢材3-4倍，刚度高于钢材2-3倍。碳纤维特点之一就是质量轻，这种材料应用在超跑或赛车上带来最直观的改变就是整车重量的降低。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果。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。碳纤维为车辆轻量化做出的贡献是毋庸置疑的，但更轻的质量是否意味着更低的强度呢？答案是否定的！碳纤维复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，虽然只是轴向强度出色，但也足以满足对车辆安全性能的需求。前面说到，Boeing787的机翼，因为使用了碳纤维复合材料，所以能够设计出阻力非常小的机翼。要知道，使用传统的材料和工艺，是几乎不可能制造出形如Boeing787类似机翼的。因此可以看出，碳纤维复合材料可以根据不同的用途要求，灵活地进行产品设计，根据产品结构受力情况，通过调整纤维的种类、含量，铺层方向和顺序，在一定范围内满足结构设计中对材料强度、弹性和方向性的要求。汽车，尤其是跑车在设计时往往需要考虑空气阻力最小的外形，同时兼顾美观性。当然，除了有利于减轻车身重量并具备优良的可设计性外，碳纤维复合材料还有一些独有的优点，例如良好的耐冲击性和耐腐蚀性。这样的性能使得汽车零部件具有较长的使用寿命和极低的维修费用。

碳纤维材料在成型的时候有一个很突出的特点，那就是能够将不同厚度的零件、凸起部、筋、棱等全部一体成型，这样便为汽车结构的模块化、整体化制造奠定了良好的基础。在一些先进车厂的车型中我们可以看到类似的应用，比如宝马i系列电动车的模块化车身制造理念“LifeDrive”结构，就是大量采用轻量化并且高强度的碳纤维复合材料构成。奔驰公司的SLRMclaren同样也尝试了全碳纤维材料的应用，其车身呈现尖塔状的碳纤维溃缩柱由无数根粗壮的碳纤维经过编织而成。虽然结构依然无比坚硬，但是它能够在正面碰撞时破碎成无数细小的碎片，来吸收大量的撞击能量（据估计相当于钢结构可吸收能量的4倍），并且碎片不会对乘客造成伤害，这一点非常类似于汽车钢化玻璃破碎的原理。同时，随着科技的进步，碳纤维的应用光是在汽车上，就有碳纤内饰、整体框架、燃料罐、座椅加热垫、轮毂、碳纤维汽车方向盘、碳纤维汽车行李箱盖等，都可以用碳纤维来制作。价格昂贵的碳纤维，使得碳纤就是一种彰显高贵身份的象征，是高端车主的不二选择。碳纤维编织出的特殊的纹路及碳纤维的低调反光特性，使得碳纤维内饰看起来有着非凡时尚科技感，使得车主有着超跑般的运动体验。但如非超跑，碳纤维是否就是不可触及呢？其实，随着碳纤维的日益普及，碳纤维也不仅仅停留在超跑车身上，各种豪华轿车的高配车型都选择了碳纤内饰，如玛莎拉蒂总裁、Ghibli等。至于其他豪华汽车及中低配车型是否就用不到碳纤内饰呢？答案肯定是可以的，如今市场上已衍生不少做碳纤内饰的品牌，然而，面对良莠不齐的碳纤市场，豪车车主必须擦亮眼睛，选择有品质保障的，运用进口原丝材料的，服务