碳纤维材料在汽车领域的经济效益中的提升作用

  在汽车行业的发展过程中,汽车轻量化对能耗降低所起到的作用已经成为行业从业人员的共识。具有相关研究发现,采用必要的轻量化措施,不仅能夠直接降低油耗,还能够有效提升车辆的动力性能、提升车辆制动效果,改善车辆的操作性能,为驾乘人员提供更加舒适的服务。实现汽车的轻量化,可以从材料、结构和制造技术等多个方面入手,在材料应用方面,碳纤维复合材料的应用,是具有光明前景的发展方向。

  碳纤维复合材料不仅比钢轻50%左右,而且有良好的能量吸收性能,碳纤维复合材料在碰撞中的能量吸收能力是钢或铝的4~5倍,用于车身及其结构件具有良好的碰撞安全性,高性能跑车几乎完全由碳纤维复合材料制成,其优点在当今F1赛车中已经得到了验证。梅赛德斯在新款SLR的前部结构中安装了两根碳纤维制成的纵梁,每根长620mm。在发生界定的正面碰撞时,这两根纵梁能够彻底吸收碰撞能量,从而保证乘客厢的结构基本不受影响。乘客厢也完全由碳纤维复合材料制成,在发生侧面或尾部碰撞时能够为乘客提供非常可靠的安全空间。

  英国材料系统实验室(MSL)的研究表明,汽车在2万辆以下生产纲领的情况下,碳纤维增强复合材料RTM工艺生产车身的综合成本低于金属车身,表明小批量时,复合材料车身生产技术不仅具有轻量化的技术优势,而且还有综合生产成本较低的经济优势。

  从实现轻量化的效果看,在车身部件中使用碳纤维增强材料,至少可以减轻质量20%~30%或更多。根据国外研究测算,汽车每减轻质量10%,可以降低燃油消耗6%,有利于节能并减少排放。

  另外在成本方面,国外研究测算结果表明,在2万辆/年以下的批量下,由于可以省去昂贵的金属冲压、焊装生产设备及其模具投资,采用复合材料车身的综合成本比金属车身低近800美元,按年产2万辆计算,每年可节约1600万美元。因此,碳纤维增强材料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。