碳纤维复合材料在汽车中的应用

  碳纤维复合材料作为一种轻质高强的材料,已经在航空航天、国防军事、工业休闲以及交通能源等领域得到了广泛的推广应用。目前,复合材料还属于一个新兴的高端产业,主要还是应用于对减重有着迫切需求的承力结构件及功能构件。

  碳纤维复合材料的全面推广应用依然面临着成本和生产效率的双重阻力。这既有原材料成本的因素,也有成型制备工艺的影响。目前世界各国都在争相发展复合材料低成本技术,降低高性能树脂基复合材料成本,扩大其在军Y民用领域的应用。

  如果说航空航天等高精尖技术领城是新材料的孵化基地,那汽车领域就是新材料全面推广的试验田。汽车领域的发展强烈依赖于材料的科技进步,同时因其大批量生产的特性,会促使材料生产制备逐步走向成本降低和工业化制备趋于成熟的阶段。当前,汽车、船舶等运载工具对于安全性和舒适性的需求不断提高。

  降低汽车自身质量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性和可靠性、提高车速、降低油耗、减少废气排放量和提升安全性。汽车专家认为,通过对汽车结构的改造和制造材料的优化,汽车质量还有15%的下降空间。

  实现汽车轻量化,当前最主要的措施就是大量采用比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳耐久性好、耐腐蚀、可大规模整体成型、减震阻尼性能好等一系列优异综合优点的碳纤维复合材料。其中最核心的是比强度和比刚度高。碳纤维复合材料用在飞机上是替代铝,可减质量20%~ 30%,在汽车上则是替代钢,用密度仅有1.6 g/cm3的碳纤维复合材料代替密度7.8 g/cm3的钢,减重效果可达40%~60%,效益明显可观。

  碳纤维复合材料最初用于F1竞速赛车,为赛车提速提供帮助。2000年前后碳纤维复合材料开始应用于兰博基尼、法拉利等高端运动型跑车上,并逐步向宝马、奔驰等高端轿车市场扩展。目前复合材料在汽车领域用量逐步加大,应用车型也从竞速赛车逐渐延伸到普通轿车和大型客车等领域。

  碳纤维复合材料在汽车领域的推广应用,势必推动一系列的产业改革与突破,首先是推动大丝束低成本纤维发展,碳纤维价格逐渐降低;其次推动复合材料相关设备的革新,整体化流水线逐步推广;最后,将推动与汽车行业相关的装配、修理、喷镀、检测等一系列产业的发展,复合材料修补等逐步在大小维修厂中推广使用。