碳纤维材料在汽车上的应用分析

  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诀的问题。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。

  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。

碳纤维复合材料振动衰减系数大,吸振能力强,用于传动系统和发动机部件,不仅能减轻车的质量,还可以减少振动、降低噪声,从而增加乘坐舒适度。奥迪Quattro系列、日本尼桑GTR和Fairladyz 车型、阿斯顿.马丁V8 Vantage Coupe 车型和Mazda RX-8 车型上已大量使用了碳纤维复合材料制造的传动轴。

  基于碳纤维复合材料在可靠性、耐久性和强度等方面的优点,在制造汽车涡轮增压器压气机叶轮时用其替代铝合金,将叶轮质量降低48%,从而使转子惯量降低,加速性能提高,极大缩短涡轮增压器的响应滞后,对碳纤维进行表面处理,能够大幅提高了碳纤维复合材料的强度。

  与金属材料相比,采用碳纤维复合材料制造车身可以省去复杂的金属模具、冲压、焊接及喷涂投资,综合生产成本要降低很多。根据MSL的研究成果,在一定产量之内的汽车(低于2万辆),使用树脂传递模塑成型(RTM)生产的碳纤维复合材料车身比金属工艺的车身综合成本低,说明了小批量生产时碳纤维复合材料用于车身的经济优势,因此其在未来环保车型的开发中具有较强的竞争力和良好的社会效益。