碳纤维复合材料在汽车轻量化中的应用研究

  汽车的轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。有实验表明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%~ 8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3L~ 0.5L。

  从理论上看,实现轻量化的途径主要有三种:一是结构轻量化;二是特种加工;三是材料轻量化。从实际情况看,使用轻量化材料是目前最常用的减重方式,而在轻量化材料的选择中,从宝马、兰博基尼等高档车型到近几年兴起的新能源汽车来看,碳纤维复合材料无疑是最大的热点。但是,由于其成本高昂,导致其无法被普及到普通汽车。将碳纤维复合材料与传统制车材料对比可得,碳纤维复合材料具有质量轻、强度高的优势。综上,尽管碳纤维复合材料的生产成本较为昂贵,碳纤维复合材料对汽车生产方仍然有很重要的现实意义。

  碳纤维复合材料有提高燃油效率和降低油耗等特点,众所周知,汽车传动效率越高,传递动力的过程中能量损失越小,汽车的油耗就越低,因此,改善传动轴的使用性能对汽车节能减排具有比较重要的意义。碳纤维复合材料传动轴它不仅可减轻60%的重量,还使传动轴具有更好的耐疲劳性和耐久性,但是调查发现,碳纤维复合材料在传动轴应用普及方面较为困难。一方面,由于碳纤维复合传动轴的制造方法为缠绕生产,加工过程繁琐,生产效率低,导致无法大批量生产;另一方面,金属件与碳纤维复合传动轴的连接部分容易出现失效现象。

  现在碳纤维复合材料应用成本主要分为两部分,一是碳纤维材料的成本,二是碳纤维制造为零部件的制造成本。材料的成本随着碳纤维技术发展已经逐年减少,目前采用较多的聚乙烯前体和聚丙烯腈前体成本分别只有1美元/1b,和3美元/lb.但是碳纤维复合材料制造为零部件的成本就不太可观了,由单件小批量生产到规模化生产。长久以来,以手工为主的单件小批量生产模式一直占据着碳纤维复合材料汽车零部件主要制造过程,因而易于造成产品质量难以保证、制造成本较高与生产效率较低。所以碳纤维复合材料能否满足大批量生产的要求至关重要。