低碳节能的新材料碳纤维使汽车进入轻量化新时代

低碳节能的新材料碳纤维使汽车进入

轻量化新时代

陆刚

（广东省江门化工材料公司 529100）

内容摘要：碳纤维是一种兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工新材料，是新一代的增强纤维，也是发展国防军工与国民经济的重要战略物资。由于具有优异性能，碳纤维具有广泛的应用前景。文章论述了碳纤维是汽车轻量化的新选择，介绍了车用碳纤维复合材料的性能及适用范围，以及车用碳纤维复合材料的发展在世界上的受关注度，同时指出了节能减排推动碳纤维在汽车构件上的应用趋势和发展前景。

关键词：低碳节能；新材料碳纤维；汽车轻量化

1. 车用碳纤维复合材料的性能凸显适用范围广泛

碳纤维（carbon fiber）是指含碳量在90％以上的高强度、高模量纤维，具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软；可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维比重小，因此有很高的比强度。它是以化纤和石油产品经特殊工艺制成的纤维，碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。它的密度不到钢的1/4，但抗拉强度却是钢的7～9倍，抗拉弹性也高于钢；在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开，人们现在还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤维为原料，将有机纤维与塑料树

作者简介：陆刚（1969-），男，广东新会人，大学本科学历，广东省江门材料公司，从事材料技术工程师。脂结合在一起炭化制得碳纤维。根据原料及生产方式不同，碳纤维主要分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维等。由于兼具优异性能，碳纤维在国防、军工和民用方面都是重要材料，具有广泛的应用前景。除了用于汽车构件、航空航天领域、国防军事领域和体育休闲用品外，风力发电叶片、建筑加固材料、增强塑料、钻井平台等碳纤维新市场也正在兴起。待开发市场有压力容器、医疗器械、海洋开发、新能源等领域。

车用碳纤维复合材料可用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件。目前钢铁材料约占车体重量的3/4，如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻300kg，燃油效率提高36%，二氧化碳排放量可削减17%。我国汽车年产量将突破2000万辆，预计今后还会继续上升。研制轻量化汽车是实现我国低碳经济的迫切需求，汽车应用碳纤维是轻量化的新选择。

2. 汽车应用碳纤维是轻量化的新选择

自汽车诞生以来，人们就一直持续追求减轻

车重，这既出于节能的需要，也为提高车辆稳定性的要求。在没有找到合适的材料替代汽车用钢时，人们更多时候是在优化汽车结构或提高钢材的性能。自铝车身出现了，它明显轻于钢车身，很多高端车型甚至使用全铝车身。虽然铝还无法在普通车型上普及，但不可否认，它更适合制造汽车。

就在铝逐渐被广泛使用时，碳纤维也闯入汽车界。碳纤维车用新材料几乎可以完全替代钢铁材料，相比目前的汽车，碳纤维汽车质量最多将减少40％。碳纤维不存在腐蚀生锈的问题，比普通金属耐用。在极端气候条件下，碳纤维的性质几乎不发生变化，这是一般的金属材料很难实现的。使用碳纤维制造车身，可以省去高成本、繁琐的涂装工艺。难怪有人说，碳纤维几乎是目前可知的最能让汽车减重的完美材料。

根据戴姆勒公司的数据，汽车的重量取决于城市驾驶时23%的燃油消耗。如果研发小组能够设计一款减重100公斤的新型车辆，那么在城市驾驶时，每100公里将降低燃油消耗0.3～0.6升，除此以外，还能够帮助降低二氧化碳排放750～125克。1992年，通用汽车展出超轻概念车（Ultralite Concept Car），车身采用碳纤维复合材料，用手铺碳纤维预浸料工艺制造。该车车身质量为191公斤，由于用碳纤维取代钢材制造车身和底盘部件，该车整备质量减轻68%，节油约40%。今年3月，日本帝人集团发布了PU_PA超轻电动概念车，采用帝人独有材料制成，包括碳纤维复合材料、聚碳酸酯树脂和生物衍生聚酯，该车整备质量仅为437公斤。碳纤维材料也成为了其他汽车制造商青睐的材料，在高级汽车内外装饰中开始大量采用。采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的效益。业界认为，碳纤维在汽车制造领域的使用量将会越来越大。

在汽车领域，由于使用成本高，碳纤维只在一级方程式赛车和某些超豪华品牌车辆上才能见到。到目前为止，宝马车是“第一个吃螃蟹”的。即将投产的宝马“超大城市”电动汽车基本确定采用碳纤维车身。它是专为城市交通设计的电动汽车，体现该公司对电动汽车的前瞻研究成果。为了保证该车的竞争优势，宝马下了很大力气。采用碳纤维整体车身是其主要亮点之一。据了解，“超大城市”使用的碳纤维由欧洲最大碳纤维制造商SGL集团提供，宝马与该集团建立了合资公司，在美国生产碳纤维。以前SGL主要致力于研发、生产航空航天用碳纤维，此次宝马与其合作研发出汽车用碳纤维。这种纤维的成本可降到车企能接受的水平。为了进一步降低成本，宝马专门研发了一套程序，可以重新合成碳纤维碎料，实现废物回收利用。这意味着“超大城市”报废后，可以降低材料报废的损失，从而降低成本。

随着技术和工艺不断成熟，碳纤维有望成为汽车业的主流材料。虽然实现这个目标还有很长的路要走，但随着“超大城市”接近量产，人们似乎看到了汽车业碳纤维时代的曙光。这不是宝马自己的事，它关乎整个汽车业的节能减排大业。在当今世界高速汽车工业化的大背景下，碳纤维用途正趋向多样化、核心化。有人预言，未来的汽车将进入低碳节能新材料碳纤维的轻量化新时代。

3. 车用碳纤维复合材料的发展成为世界各国关注的焦点

由于目前碳纤维的价格偏高，对于汽车只能说是未来潜在的大市场。但随着钢价持续上扬将可缩小两者间的差距。而采用碳纤维材质将可改善车辆的燃料效能，并使二氧化碳排放减少30％。今后随着碳纤维价格的进一步下降及回收技术的确立，预期将应用于汽车的许多部件和结构材料。目前碳纤维复合材料传动轴、刹车片、尾翼和引擎盖已经在汽车行业广泛应用，虽然现在主要是

用在豪华车型，但预计未来将在大众车型中推广。

时下，各大汽车制造商使用碳纤维生产汽车零部件已成趋势，车用碳纤维复合材料的发展引起了世界各国的关注。无论是宝马公司还是戴姆勒公司，他们的短期发展战略都包括了轻质创新材料的研发和降低废气排放；而长期发展战略则包括混合动力火车以及电动汽车的发展规划。2009年11月份，宝马宣布与德国领先碳纤维制造商SGL（西格里）集团成立合资公司。宝马公司为其首次实现量产的电动汽车Megacity Vehicle （大城市车辆）研发碳纤维零部件，据悉，该款Megacity Vehicle车型将于2013年上市。今年4月份，公司表示斥资1千万美元的合资公司将主要从事碳纤维的生产工作。2010年4月12日，美国碳纤维增强材料领军企业卓尔泰克公司宣布成立一个新的子公司——Zoltek Automotive，Inc，以促进轻质碳纤维材料在汽车行业的大量应用。通过Zoltek Automotive的专业技术，开发新的生产方式，帮助汽车行业客户制造性价比更高的碳纤维加工产品，使碳纤维技术的应用和流程更简易高效。

戴姆勒日前宣布，与日本东丽集团合作研发的碳纤维零部件计划配装在2012年推出的新款奔驰SL系列车型上，这些零部件将在东丽位于法国的工厂生产。今年4月，双方决定成立合资公司，共同研发汽车碳纤维零部件。据了解，碳纤维复合材料成形技术是由东丽首创的，此次与戴姆勒合作，是该公司首次研发汽车碳纤维零部件。东丽是世界最大碳纤维制造企业，产品占全球碳纤维市场34%的份额。此前，东丽曾为法拉利提供车用碳纤维。戴姆勒与东丽的合作成果，结合两家企业的先进技术，有望大幅缩短碳纤维复合材料的成形周期。两家企业的共同目标是，计划未来3年为戴姆勒的奔驰SL系列车型研发出新型复合材料零部件。将在未来三年中重点研发一系列碳纤维复合材料零部件，主要用于梅赛德斯奔驰系列车型之上；戴姆勒计划通过与东丽合作，将奔驰系列车型车身的重量降低10%，以此提高车辆的燃油效率，减少有害气体排放。

随着碳纤维成本的降低和世界范围内对环保要求的提高，碳纤维在汽车行业的需求前景也较为乐观。2009年初，日本东丽株式会社决定在欧洲建立一个碳纤维增强塑料的研发基地，此举旨在扩大其在汽车部门的业务，从事欧洲本地区的碳纤维增强塑料的研发和生产，实现大幅度扩张其汽车相关的碳纤维复合材料业务。这些都标志着，碳纤维复合材料汽车将逐步进入平民时代，碳纤维复合材料汽车量化生产已离人们不远。日产汽车、本田汽车和东丽公司将联手开发汽车车体用新型碳纤维材料，使车体较使用钢材轻40％。日本政府也支持该项计划，希望在全球开发环保车辆的趋势中取得领先地位。日本经济产业省计划未来五年投资20亿日元开展这项计划。由此可见，碳纤维目前已被各大制造商坚定地划归到重点研发项目中。

4. 低碳节能成为车用碳纤维复合材料零部件发展的动力

由于全球气温变暖，自然灾害不断出现，各国在节能减排上都在不懈地努力。减少碳的排放将是未来发展的主流。哥本哈根会议把“低碳经济、新能源”推到了世界各国都关注的焦点上，日产汽车公司于2007年底制定目标：到2015年汽车的质量比2005年减少15％，以节减10％的燃料消耗。丰田公司也制定了中型汽车质量减少约10％的目标。为达到减少质量的目标，日产汽车公司将增加新型材料使用量，如碳纤维复合物、玻璃纤维增强塑料等。据日本先进工业科学和技术研究院的数据，如果l～1.5吨的汽车质量减少100kg，行驶里程可提高１km/L。

中国也对此做出了承诺，到2020年中国单位国内生产总值（GDP）二氧化碳排放比2005年下

降40%～45%。这的确是一个需要努力节能减排才能实现的目标，而作为汽车消费大国的中国，新能源汽车的生产和使用必将成为未来的发展趋势，这就给了汽车轻量化一个机遇，同时也是复合材料汽车零部件借势发展的一个巨大市场。因此中国的汽车人应该把握住这个市场机遇。

几十年前，就有人曾预言碳纤维复合材料将会取代金属用来制造汽车结构件，现在这个预言已成为事实。碳纤维复合材料吸引了法拉利、宝马、兰博基尼、玛莎拉蒂、雷克萨斯等众多豪华轿车厂商的垂青，成为各厂家出奇制胜的法宝。在巴黎JEC复合材料展览会上，人们可以看到复合材料在汽车上已经得到广泛应用，按功能可分为结构件、装饰件和功能件；按部位可分为车身、底盘和座舱等，可具体细化为翼子板、车顶板、底盘、行李箱板、门内板、轮毂、引擎罩、避震弹簧、传动轴结构加强和耐热件等。随着部分高级跑车、高级轿车和特种车辆不断增加碳纤维的用量，每年使用碳纤维复材的高级轿车要达到100万辆以上。

福特和保时捷生产的GT型赛车发动机机罩已全部采用碳纤维材料；奔驰的57S型轿车原来内装饰全部是木质材料，现在则以碳纤维替代；通用的雪佛莱轿车底盘的内装饰材料也采用碳纤维；宝马公司将M6型轿车的顶棚全部采用碳纤维，并进行技术处理，使其保持金属材料的光泽。宝马汽车将在电动车的生产中使用碳纤维，以替代钢和铝，减轻车重。

梅赛德斯－奔驰新推出的SLR迈凯轮超级跑车运用了高强度碳纤维复合材料，车身几乎全部采用碳纤维复合材料制成，该车最高时速可以达到334km，这款跑车能够具有如此超高速度，除了采用强悍的动力系统和借鉴F1赛车设计理念外，由高强度碳纤维复合材料制成的车身大大降低了其整车质量，也是使该款超级跑车性能卓越的原因。与钢材相比，碳纤维复合材料质量只有钢的50％，而在碰撞中对能量的吸收能力却比钢高出4～5倍；梅赛德斯－奔驰充分利用该材料的这些特性，不仅降低了车身自重，还可以为乘员提供最大限度的安全保障。设计者在SLR的前端结构中嵌入了两根碳纤维纵梁，作为车头碰撞缓冲部件，在发生正面碰撞时，碰撞能量可以被有效吸收，从而确保乘员舱完好无损；不仅如此，由于SLR的乘员舱也全部采用碳纤维复合材料制成，当发生侧面或尾部碰撞时，乘员也可以有充足的安全空间，使人们在乘驾“公路上的F1赛车”时，免去了许多后顾之忧。

目前60%的雷克萨斯LFA车身采用了碳纤维复合材料，这样一来不但加强了车身的坚固性，还减轻了车身的重量。现在的复合材料车身较同体积的铝制车身减重100公斤。碳纤维复合材料还应用在扩散器、控制速度的尾翼和内部构件中，从而大大减轻了车的重量。

法国汽车生产商标致公司于2007年8月初推出了更轻量化的概念新车，全车大量使用了聚碳酸酯(PC)和碳纤维，将聚碳酸酯制作的后部挡风玻璃与大量碳纤维制作的车身组件组合在一起，汽车顶棚板采用碳纤维制作。

本田的御用改装厂—无限在近期推出了新飞度的改装车型，改装版飞度的设计细节与我们国内在售的新飞度车型有所不同。碳纤维材质的牌照架和刻木根安装螺钉等设计让整车的前脸显得运动感十足。除了以上的部件之外碳纤维复合材料还在汽车的轮拱和侧裙、制动装置、前脸及前杠等很多部件上应用。我们也相信在未来汽车上的碳纤维应用会越来越多。

日本各界正积极合作攻关，研发用于汽车的低成本碳纤维材料。成本与钢铁汽车相当的“碳纤维汽车”有望在2015年前后实现商品化。据介绍，阻碍“碳纤维汽车”商品化的关键因素是制造成本，2008年汽车用钢材的价格约为100多日元/kg、铝合金材料约为300～400日元/kg，而汽

车用碳纤维复合材料的成本目前高达数千日元

/kg。为了尽快降低新材料的成本，目前参加合作研发的有材料商东丽公司、汽车巨头日产及本田公司，还有东京大学等高校研究机构，他们的目标是在2015年前后使这一材料技术达到商品化阶段。

5. 车用碳纤维复合材料的发展前景

近年来，节能减排、降低制造成本已成为全球汽车制造业追求的目标。为此，先进的轻型材料和有效的降成本技术日益为全球汽车制造商所关注。作为轻型材料中的一种，汽车碳纤维复合材料以其诸多的优势，如重量轻、强度高、耐腐蚀、设计灵活、易于成型以及制造成本低等，而成为潜力巨大的节能降成本的解决方案。

碳纤维增强环氧树脂复合材料在大型商用飞机和高性能汽车及F1赛车主承力结构件上的成

功应用表明，复合材料完全可以取代金属被用于汽车车身结构中。作为一种完全有别于金属材料的新型材料，复合材料的汽车零部件的设计涉及结构、铺层及强度等多个方面，它离不开大量的计算和经验数据的积累。要实现复合材料汽车零部件的规模化生产，还需要制订相应的各种标准规范，包括材料的检验和测试标准以及生产工艺规范等。

在实际的复合材料设计过程中，应根据材料的利弊特性，针对特定的结构形状，性能，成本要求，在结构设计早期即开始做具体的工艺方案，对遇到的问题，处理方法作尽可能细致的分析和规划，这是实现高水平复合材料结构设计的重要前提。因此复合材料车身结构是一个非常复杂的系统工程，目前，国外很多整车厂及协作厂已建有完整的复合材料工艺体系和设计体系，相比之下，国内的汽车企业在此方面还处于一个空白。随着复合材料在汽车工业应用的日益增多，建立专业的研发团队和制定相应的材料规范和工艺规范已成为国内汽车整车厂商的当务之急。

据相关统计数据显示，现在世界碳纤维材料的需求量每年的增长速度约为13％，预计到2018年，世界聚丙烯腈基碳纤维材料的需求量将可能达到10万吨。目前，由于看到碳纤维巨大的需求市场，一些已有碳纤维产能的国家和相关企业在不断扩大产能，主要有中国、英国、法国、德国、日本、美国和匈牙利等国家；而一些没有碳纤维产能的国家和企业也在加大碳纤维产能的投资建设力度，例如韩国、印度、土耳其等国。随着碳纤维应用领域的逐渐扩大，世界各国对碳纤维材料的未来发展空间都十分看好。

6. 结束语

随着人们环保意识的不断提高以及环保法规的相继出台，绿色汽车已经成为未来汽车发展的必然趋势，因而如何使汽车满足环境保护的要求，便提上了汽车厂商们的议事日程。而碳纤维材料作为未来汽车材料发展的主流，必将在其中扮演非常重要的角色。碳纤维材料能提高材料性能，延长使用期，加强功能性，这些都是对环境有利的特性。但应认真对待并努力克服碳纤维材料的再生问题，使碳纤维材料朝着环境协调化的方向发展。汽车工业的发展日新月异，碳纤维材料的研究也是一日千里，各种新型的车型、新式的材料不断地涌现。可以预测在不久的将来，更高性能的碳纤维材料将更大范围地应用在汽车领域中。

参考文献:

[1] 贺福编. 碳纤维及石墨纤维.北京：化学工业出版社

2010.

[2] 贺福编. 碳纤维及其应用技术.北京：化学工业出版社

2004.

[3] 刘雄亚编. 透光复合材料.碳纤维复合材料及其应用.

北京：化学工业出版社2006.

收稿日期：2011-9-28

碳纤维复合材料在汽车工业中的应用

《能源工程材料》 课外拓展阅读报告 《碳纤维复合材料在汽车工业中的应用》 姓名：XX 指导教师：XX 学号：XXXXXXXX 专业班级：XXXXXXXX 2016年6月 碳纤维复合材料在汽车工业中的应用 摘要：节能减排是当前汽车工业可持续发展迫切需要解决的问题，采用碳纤维复合材料等轻质材料使汽车轻量化是一个有效的解决办法。介绍了碳纤维复合材料的性能特点和在汽车上的应用现状，从材料、设计和成型工艺3个方面分析了其在国内汽车工业应用中的问题，提出了促进碳纤维复合材料广泛应用的发展建议，并展望了其在汽车工业中的应用前景。 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决的问题。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[1]越来越受到汽车工业的重视，在汽车中的应 用也越来越多。碳纤维及其复合材料是支撑国家高科技产业发展的关键材料，经过40多年的积累与发展，我国碳纤维及其复合材料研发拥有众多突破性进展，但在汽车领

域的应用还远落后于航空航天和其他工业领域[2]。因此有必要分析碳纤维复合材料在我国汽车工业应用中存在的问题，提出合理的发展对策，以适应汽车工业对材料发展的迫切需求。 1.碳纤维复合材料的性能特点和使用优势 与金属材料相比，碳纤维复合材料具有许多优良性能，应用于汽车上有明显的优势，主要表现在：1）密度小，强度高，CFRP在常用材料中比强度和比模量最高，用于车身及底盘能在减轻车重的同时不损失强度或刚度，汽车安全系数不降低。2）韧性好，具有良好的抗冲击性和能量吸收能力，用于车身及其结构件具有良好的碰撞安全性。3）阻尼高，抗振性能好，用于车身、传动系统及发动机部件具有良好的减振、隔音效果，提高了乘坐舒适性。4）抗疲劳性能极佳，用于承受疲劳载荷的汽车零部件能有效延长其使用寿命。 5）优秀的耐热性、抗腐蚀与抗辐射性能，在电动汽车和其他新能源汽车领域应用具有很强的竞争力。6）成型工艺多，可设计性好，易于实现零部件一体化生产，极大缩短开发周期，节约成本。 2.碳纤维复合材料在汽车上的应用 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。 1）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。 美国通用汽车公司1992年展出了由碳纤维复合材料制造车身的超轻概念车，车身质量为 kg，整车质量降低68%，节油40%。兰博基尼汽车2011年推出了Mucilage替代车型，该车采用了全碳纤维复合材料单壳体车身，质量仅有kg。目前，碳纤维复合材料制成的车身结构件已在德国宝马公司开发的Z-9和Z-22系列中大量采用。德国大众汽车公司的“2L车”CC1 研究项目，碳纤维复合材料用于车身的比例高达

新材料在汽车行业的应用

新材料在汽车发展的应用 学号：****** 姓名：***** 【摘要】：现代对汽车性能要求越来越高，轻量化、节能降耗和 降低排放污染是现在汽车发展的趋势，而轻量化必须从改进汽车的 材料出发，研制性能更好更轻的汽车材料从而带来能源消耗的减少，进而排放污染随之降低，汽车材料的发展是汽车技术发展的重要方面，新材料对于汽车工业的发展是至关重要的。 【关键词】：新材料（合金，新型塑料，纳米材料等）；汽车 对于汽车工程材料来说，其总的发展趋势是：结构材料中钢铁 材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分 子材料等新型材料的用量将有所上升。在性能可靠的条件下，尽可 能多地采用铝合金、复合材料等轻型、新型材料取代钢铁材料。随 着大量新材料，如高分子材料、复合材料等的迅速发展，为现代汽 车的发展提供了必要的条件。复合材料、陶瓷材料、特殊用途材料 的用量呈增长趋势。新材料对于汽车工业的发展是至关重要的，下 面就分几个方面介绍一下最新汽车材料的应用，车身新材料的种类: 镀锌钢板 随着汽车工业发展，为了提高车体使用寿命和增强车体材料的 抗腐性能，镀锌钢板得到广泛使用。由于在目前汽车车身制造中， 主要采用电阻点焊方法，与无镀层钢板相比，镀锌钢板的点焊过程 中还存在一些问题：先于钢板熔化的锌层形成锌环而分流，致使焊 接电流密度减小；锌层表面烧损、污染电极而使电极寿命降低；锌 层电阻率低，接触电阻小；容易产生焊接飞溅、裂纹及气孔等缺陷。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有 后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。现在的 高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度大幅度提高，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性 能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。 含磷高强度冷轧钢板 含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱 盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较 高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡， 即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的 耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能。 烘烤硬化冷轧钢板 经过冲压拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。

汽车用碳纤维复合材料产业现状和对策_仝建峰

中国航空报/2015年/7月/18日/第S02版 工程 汽车用碳纤维复合材料产业现状和对策 中航复合材料有限责任公司仝建峰 碳纤维复合材料的材料性能及发展趋势顺应了汽车工业的发展需求，特别是随着新能源汽车的发展，碳纤维复合材料在汽车上将得到越来越广泛的应用。在欧美国家，车辆中复合材料的用量约占本国复合材料总产量的三分之一，主要应用在汽车覆盖件（四门两盖等）、次承力构件、车身等部位，其用量呈逐年上升趋势。 碳纤维复合材料在国内外汽车领域的应用现状 碳纤维复合材料由于其独具的强度和刚度特性，可以取代钢用于汽车的主承力结构。世界知名汽车制造商纷纷采用碳纤维复合材料零部件制造车型。 2014年，宝马i3和i8的上市不仅开创了碳纤维复合材料在量产车型大规模应用的新纪元。宝马i3和i8作为一款零排放电动车，正是由于采用了碳纤维复合材料打造的车身，使整车质量仅为1255千克，完美解决了由于电池质量而带来的车辆质量大增，车辆驾控敏捷度降低的问题，并创造了百公里7.2秒的加速时间。 随着我国汽车工业的发展，复合材料在我国汽车工业中的应用广度有了突破，汽车复合材料的年用量为10万吨左右，但主要是应用于非承力结构的玻璃钢复合材料，汽车复合材料厂家普遍规模较小。碳纤增强环氧树脂复合材料在大型商用飞机和高性能汽车（如特斯拉、宝马i3和i8）及F1赛车主承力结构件上的成功应用表明，复合材料完全可以取代金属被用于汽车车身结构中。目前，国内整车企业也纷纷开始尝试采用碳纤维复合材料零部件替换传统金属零件。 国内整车厂纷纷开始着手调研国内复合材料研发和制造企业，着手启动面向量产的复合材料零部件的设计和研制，逐步开始为量产做充分准备。由于有承力要求，汽车用复合材料零部件（尤其是承力件，如传动轴等）需要对材料以及部件进行重新设计。近年来，中航复材充分发挥自身在设计、材料、制造等方面的优势，先后为整车厂研发了汽车前舱盖、后备厢盖、尾翼、重载汽车板簧、客车板簧、重载汽车传动轴、全复材承载式大巴车身、全复合材料油罐等产品，部分产品已经通过了测试验证。 国内汽车复合材料产业现状与差距分析 “十一五”、“十二五”期间，国内车企与科研单位联合先后研发出四代碳纤维复合材料示范电动车。前两代通过逆向工程设计技术，采用碳纤维复合材料对已有车型的覆盖件以等代设计法进行替代，验证了碳纤维复合材料的减重效果，以及碳纤维复合材料覆盖件的制备与装配技术；在前两代车的设计制造基础上，后两代车通过正向设计制造，对整车进行结构设计，验证了全碳纤维复合材料主结构部件的设计、制备和装配连接技术，进一步探索了碳纤维复合材料整车的设计、制造、装备和性能测试技术。这四代车的研发为碳纤维复合材料在汽车工业的产业化应用积累了宝贵的经验，开启了国内碳纤维复合材料汽车应用的新起点。 近期，中航复材在国内率先采用快速固化预浸料结合快速模压工艺、真空辅助成型工艺制备了承载式全复合材料纯电动客车车身，在兼顾复合材料构件的整体化制造、成本控制和制造效率等方面取得了较好的效果。目前国内各汽车主机厂以及零部件供应商都在进行碳纤维复合材料研究，主要集中在零部件的轻量化上，采用非连续性纤维成型工艺，制备的汽车零部件已实现了量产及规模化应用。然而，由于自动化生产装备的缺乏，连续纤维复合材料尚未形成量产水平，尤其是车身量产技术。虽然有企业推出了碳纤维复合材料车身电动车样车，但部件、整车的设计、验证以及量产技术，自动化装配技术，质量控制等均尚处于探索中，离碳纤维复合材料在汽车工

碳纤维及其复合材料在汽车上的应用_严成平

?３? ２０１５年１０月３０日　第１０期 严成平 （重庆理工大学 ４０００５４） 碳纤维及其复合材料在 汽车上的应用 ０　引言 碳纤维是在２０世纪６０年代开始迅速发展起来的一种高科技新材料，是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至１５００℃形成的纤维状碳材料，碳含量在９０％以上。碳纤维具 摘 要：在汽车行业，碳纤维及其复合材料运用越来越广泛，正逐步取代金属材料，极大的提高了汽车的性能。介绍了碳纤维及其复合材料在国内外研发进展，例举了碳纤维复合材料在汽车行业的运用现状。 关键词：碳纤维　复合材料　汽车　运用 有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等一系列优异性能，在２０００℃以上的高温惰性环境中，是唯一能保持强度不下降的材料，而且还同时具备了纤维的柔曲 【试验?研究】

?４? 　２０１５年１０月３０日　第１０期 性和可编性。 作为在在国际上备受称誉为“黑色黄金”，　碳纤维从原丝到成品需要经过预氧化、高温碳化、石墨化、表面处理等诸多工艺。以碳纤维为增强体，树脂、陶瓷、金属等为基体，经过特殊复合成型工艺制得性能优异的碳纤维复合材料，既可作为承载负荷用的结构材料又可作为功能材料满足一些功能性要求，已经成为一种军民两用的高科技纤维材料，在汽车领域也在随着成型工艺的完善和成本的压缩而不断提高市场占有率。碳纤维复合材料应用在车身结构件中，减轻质量效果明显，比钢铁材料轻５０％，比铝材轻３０％，油耗下降４０％，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。围绕“碳纤维汽车”，全世界的汽车企业展开了激战，国际碳纤维巨头也纷纷扩能，抢占这一具有巨大潜力的市场，碳纤维复合材料需求增长最快的也将是汽车工业［１］。 １　成型工艺及开发现状 碳纤维复合材料的成型工艺主要有手糊成型、缠绕成型、拉挤成型和树脂传递模塑成型。树脂传递模塑工艺（ＲＴＭ）是复合材料较为常用的一种成型工艺，该工艺是将纤维增强材料或预成坯铺放到闭模模腔内，用压力将树脂液注入模腔，浸透纤维或预成型 坯，然后固化，脱模成型制品［２］。日本新能源产业技术综合开发机构（ＮＥＤＯ）在“汽车轻量化碳纤维强化复合材料开发”项目（２００３－２００７）中，对超高速树脂传递模塑成型（ＲＴＭ）进行了深入的研究，主要指超高速硬化成型树脂、立体成型造型技术、高速树脂含浸成型技术等。宝马ｉ３使用的碳纤维增强树脂基复合材料（ＣＦＲＰ）通过ＲＴＭ可在１０分钟以内成型。各汽车厂商针对自己的车型及车身各部位需求不同，也在对ＣＦＲＰ的成型工艺进行不断优化和细致筛选。如兰博基尼Ａｖｅｎｔａｄｏｒ　ＬＰ７００－４采用单体构造车身（图１），这种结构是构成车身的核心部件，整个单体车身仅１４７ｋｇ，车舱完全用碳纤维复合材料制造而成，并配以硬壳式结构。设计过程中，兰博基尼团队根据各个元件的外形、功能及要求，分别对以下三种成型方法进行了细致筛选，这些方法在生产工艺、碳纤维及其织物类型以及树脂化学成分都各不相同。 树脂传递模塑法（ＲＴＭ）：该方法经兰博基尼完善后，实现了重大突破，发展成 为 图　１　兰博基尼Ａｖｅｎｔａｄｏｒ　ＬＰ７００－４单体构造式车身 【试验?研究】

轻量化在汽车上的应用

轻量化在汽车上的应用 轻量化在汽车上的应用一、轻量化”是新能源汽车发展方向之一■ 轻量化是新能源汽车发展方向汽车轻量化设计，不仅带来油耗降低，更能促进综合性能的全面提升。科技部部长万钢强调了“轻量化”是中国电动汽车的发展方向之一。德国联邦经济与能源部委托德国工程师协会编制的2015年《德国轻量化现状盘点》研究报告中指出，轻量化对汽车制造业等许多行业意义深远，它决定了德国工业在未来的全球市场中是否能以创新、高能效和资源节约型的产品取得统治地位。研究表明，在市区的运行工况下，平均车重1600kg的电动车如果减重20%，能量消耗可以减少15%。如果采用增加电池来增加行驶里程，成本往往会非常高。有关专家认为，在电池技术短期内难有重大突破的情况下，电动汽车迫切需要

采用轻量化技术来降低重量，以减轻电池增重的压力。■ 新能源汽车轻量化设计有多种趋势新能源汽车企业正在做轻量化设计，北汽、长安走在前列，奇瑞、江淮、吉利等也都非常重视。目前正在探讨新能源汽车轻量化的路线，比如，整车包括车身轻量化、全新架构底盘轻量化、电池系统轻量化以及车身内外饰与电子电器等；材料方面包括复合材料及成形工艺、轻质铝合金及成形工艺、高强度钢及成形工艺、轻质镁合金及成形工艺等。未来新能源汽车轻量化将车身高强钢化和全铝车身两条路线并行，2020年先进高强钢比例达到国际先进水平和应用全铝车身。汽车车身轻量化的发展趋势是混合多材料设计。碳纤维混合材料车身不仅能够承重，而且更安全。至于目前存在的成本高问题，碳纤维成本居高不下，主要是工艺成本高，未来批量生产，成本有望下降。汽车对材料的成本要求很高，因此碳纤维在汽车轻量化中的应

碳纤维材料的性能

碳纤维材料的性能及应用 摘要：介绍了碳纤维及其增强复合材料，详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民 用领域的应用，并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。 关键词：碳纤维性能应用 0引言 碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性，在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证，则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。随着对碳纤维复合材料认识的不断深化，以及制造技术水平的不断提升，碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展，借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验，牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐，对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。 1碳纤维材料 1.1何为碳纤维材料 碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基 3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、

(汽车行业)汽车车身新材料的应用及发展方向

（汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向

汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金 和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的

汽车迎来碳纤维复合材料时代

汽车迎来碳纤维复合材料时代 2011/11/08 【日中环保生态网】碳纤维复合材料（CFRP）——帝人利用热可塑性树脂技术突破“1分钟屏障”。东丽也发布试制车。各原材料厂商促动汽车厂商采用碳纤维复合材料。 今年10月，日本国土交通省及经济产业省制定了以2020年度为目标的更加严格的轿车新燃效标准。欧洲也将于明年大幅度强化汽车的二氧化碳排放规制。 随着规制的强化，电动汽车（EV）、混合动力车（HV）等环保车的普及已进入人们的视野。想改善燃效，延长行驶距离的车体轻量化必不可少。 在钢铁企业及化学企业致力于原料开发的背景下，碳纤维复合材料（CFRP）被寄予厚望。碳纤维复合材料的重量是铁的四分之一，强度却是10倍。东丽以及三菱丽阳、帝人这3家日本企业掌握着7成的世界市场份额。 碳纤维复合材料虽被采用于丰田高档车“雷克萨斯LFA”的骨架等，但其成型时间长成为瓶颈，一直被认为不适用于量产车。但是今年，碳纤维复合材料企业相继发布了着眼于实现量产的试制车。 车体骨架的重量为铁制骨架的五分之一 车体骨架的重量为铁制骨架的五分之一 今年3月，帝人公司公布已成功掌握以世界最快速度——在1分钟之内成型的量产技术。使用的是加热即融化、冷却即凝固的“热可塑性树脂”。做法是对树脂中含有碳纤维的中间材料进行冲压成型。 以往的碳纤维复合材料主要是使用加热即凝固的“热硬化性树脂”。热硬化性碳纤维复合材料一般必须有烧结工序，成型过程最短也要花费5分钟。通过采用热可塑性树脂便可省去烧结工序，从而缩短成型时间。由此突破了决定能否进入量产车生产线的“1分钟屏障”。 此次试制的电动汽车的车体骨架为47公斤。两个成年人就能抬起来。既保持了可与铁制骨架匹敌的强度，而重量又只有铁制骨架的五分之一。 为了提高强度，帝人开发出了3种中间材料。对限定方向具有高强度的材料、对所有方向强度均等的材料等，根据使用部位的需要区分使用，由此实现了全部热可塑性碳纤维复合材料的车体骨架。

汽车轻量化论文

摘要：汽车轻量化对于降低汽车燃油消耗和减少排放污染起着举足轻重的作用，采用轻质材料是实现汽车轻量化的重要途径。文章详细分析了轻量化技术 在现在汽车种的应用，包括铝合金镁合金钛合金3种轻合金的特点。轻量化 设计技术以及金属成型方法和连接技术，说明了汽车轻量化的意义，对汽车的 轻量化技术发展有一定的指导作用。 关键词：汽车；轻量化；车身 1轻量化技术在汽车上的应用 目前，国内外应用于汽车的请炼化技术主要有：1）轻质材料技术的应用，如铝合金镁合金钛合金高强度钢塑料粉末冶金生态复合材料及陶瓷等的应用越来越多；2）结构优化及计算机辅助设计和分析技术的应用；3）汽车制造中新的成型方法和连接技术的不断应用。 1.1.1基于材料的轻量化技术的应用 1.11高强度钢在汽车上的应用 高强度刚已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料，它在抗碰撞性能，加工工艺和成本方面与其他材料相比具有较大的优势。采用高强度钢板，首先能改善汽车的安全和碰撞性能，传统的碳素钢虽然可以吸收碰撞能量，但其缺点是质量大，影响燃油经济性；高强度钢板用于汽车车身，除了能减薄车身部件厚度降低自重之外还可以提高汽车表面件的抗凹陷性及抗破坏能力，在降低燃油消耗率的同时又可以提高汽车的安全性。 国外高强度钢在汽车上的应用以日本最为典型。在日本，车身零件实际应用高强度钢始于20世纪70年代，最早应用于车身外表件，然后应用到内部零件和结构件。目前，日本悬架结构和支撑件的强度已达到800-1000MPa。 抗拉强度410 MPa的高强度钢多用于内部件，即将采用590 MPa高强度钢用于内部件，有望进一步减薄零件厚度。

1.12铝合金在汽车上的应用 铝具有高的导电性和导热性，密度小，塑性好，易成型，易回收利用。 可通过铸锻冲压工艺制造各类汽车零件。自1991年使用高强度铝合金以来，北美汽车上铝的用量已增加2倍，运动多用途车皮卡和微型厢式车上的铝的用量呈3倍增长。 目前，铝合金已经广泛应用于汽车车身底盘零部件以及发动机的某些部件上。现代轿车发动机活塞几乎都采用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350度左右有良好的力学性能，而铸铝合金符合这些要求。同时由于活塞连杆采用了铸铝合金件，减轻了质量，从而降低了发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合汽车的发展趋势。 近年来，一些新型铝合金材料也开始在汽车上应用，如快速凝固铝合金TiAi金属间化合物泡沫铝材铝复合材料铝基粉末冶金材料和铝拼焊冲压坯材料。 1.13 镁合金在汽车上的应用 镁合金的基本特性如下： 1）质量轻。镁合金比铝合金轻33%，比钢轻77%，为常用结构金属材料中最轻的材料。同时，镁能制造出与铝同样复杂的零件而质量则较后者轻 1/3.镁合金用于车辆，将显著地降低其起动惯性，降低燃油消耗，减少 环境污染。 2）比强度高，刚性强。同等形状下，镁合金制品的刚性为塑料的10倍以上。 如用镁合金代替ABS塑料，则制品的质量可以减少36%，厚度可以降低 64%。

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 （上海市复合材料学会）（东华大学）（连云港鹰游纺机集团公司） 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。 可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300 碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 （1）军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人

碳纤维在赛车中的应用解析

碳纤维，又称碳化纤维，泛指一些以碳纤维编织或多层复合而成的材料。因为它又轻又坚硬，所以它的用途很广泛。碳纤维在汽车领域的应用率先从赛车开始，近年来在民用汽车中得到了广泛的引用。涂着清漆，故意露出深沉的黑色编织花纹的碳纤维组件已不单单只是为了看上去拉风，“高碳”之风越刮越烈。 一般碳纤维的密度为1750 kg/立方米，如此低的密度让其更是广泛被使用于大型飞机，例如空中客车的A350与A380，波音787均利用碳纤维复合材料来减轻耗油量。另外大型风力发电机的叶片，赛车、高端自行车的车身均为碳纤维复合材料需求量增加的重要因素。 碳纤维预浸料备受赛车青睐 今年美国Brammo公司生产的Empulse电动摩托赛车的主要特征是其结构件采用蔼科颂复合材料公司生产的碳纤维预浸料。 美国俄勒冈州的电动车公司Brammo制造的Empulse赛车今年在设计上有一些改进，包括新座椅的安装以及使用英国复合材料制造商蔼科颂生产的8020预浸料制造的储罐。 先前自行车使用碳纤维是为了美观，今年Brammo使用预浸料生产的碳纤维结构件极大地减轻了摩托车的重量，以提高其性能。 “使用蔼科颂复合材料公司的预浸料，可以减轻重量的30%，”Brammo产品开发总监 Brian Wismann说，“另外的好处是模具表面光洁度很好，不必清除涂层或喷漆，进一步节省了重量。” F1车队采用碳纤维制造赛车车身和碰撞缓冲构件 数年来，F1车队一直采用碳纤维复合材料制造赛车车身和碰撞缓冲构件，从而显著减少赛事中的重伤事故。 碳纤维制成汽车的身体，除了更轻盈外，车辆的抗挤压能力也令人惊叹，因为碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4倍到5倍左右；因为身轻如燕，车辆连油耗的烦恼也没有了；因为不受传统车身结构的限制，车辆造型可以像做发型一样，多样变化。 有意思的是，在对车头车尾进行的抗冲击测试发现，铝制底盘受到挤压会变形，也会吸收部分能量。然而，由坚硬的碳纤维制造的乘客区却安然无恙，甚至侧面来的强力冲击也只能让车厢内的假人模型和电池毫发无伤（当然，当安全气囊装置启动时，电池会自动断电）。 另外，即便车辆受到猛烈的撞击，车体有所损伤也不用担心，切掉碳纤维受损的部分再粘上新部件，完全可以让车辆恢复原状。 早在1992年，美国通用汽车公司就提出了超轻概念车，该车车身采用碳纤维复合材料，由手工碳纤维预浸料工艺制造，整体车身的质量为191公斤。用碳纤维取代钢材制造车身和底盘构件，可减轻质量68%，从而节约汽油消耗40%。

碳纤维在汽车上的应用

碳纤维在汽车上的应用 摘要：碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它具有许多优良性能，密度低，强度大，耐超高温，耐疲劳性好，耐腐蚀性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。因为其优良的性能，从而在汽车上得到广泛的使用，推动了汽车工业的变革。 关键词：碳纤维汽车轻量化 一：什么是碳纤维 碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一 种含碳量在95%以上的高强度、高模量 纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨 微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而 成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶 石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比 金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具 有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工 和民用方面都是重要材料。它不仅具有 碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。 碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，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，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。 碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型。 现今，碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。 1994年至2002年左右，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。车用碳纤维复合材料可用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件。目前钢铁材料约占车体重量的3/4，如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻300kg，燃油效率提高36%，二氧化碳排放量可削减17%。我国汽车年产量将突破2000 万辆，预计今后还会继续上升。研制轻量化汽车是实现我国低碳经济的迫切需求，汽车应用碳纤维是轻量化的新选择。 二．碳纤维在汽车上的应用

碳纤维复合材料LY模板演示教学

复合材料基础 姓名：梁雨 专业：化学 学号：2014122

碳纤维复合材料 碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。不仅强度高，密度小，并且具有低热膨胀、高导热、耐磨、耐高位等优异性能，是一种很有发展前景的高性 能纤。这些优异的性能使得人们对它的重视到了一个很高的高度。那么接下来我就来介绍一下有关碳纤维复合材料在各方面的的一些知识。 一、碳纤维复合材料发展史 碳纤维复合材料的发展史应包含碳纤维的发展史何其复合材料应用史。碳纤维是碳材料的一种新形式。我们已经知道碳材料结构由四种类型，一是无定形碳、而是石墨、三是金刚石、四是白碳。碳纤维含碳99%以上，主要是石墨和无定形碳，纤维形状是一种新的应用形式。1880年人类制造了第一批电灯泡，那是电 灯泡的灯丝就是当时人类研制的第一批碳纤维，直到1901年发明钨丝后才不用它做灯丝了。到1950年美国空军材料研究所由于军工的需求，加紧对碳纤维研究，1959年由联合碳化合物公司实现了高强碳纤维的生产工艺。与此同时，1962年日本旭炭公司在远藤教授研究的基础上实现以聚丙腈纤维为原料，经过预氧化（不熔化）、1300℃以上高温炭化而得到有实用价值的通用碳纤维的工业生产线。1970年以后东丽公司、东邦公司相继参加聚丙烯腈基碳纤维的生产开发，形成2吨╱年的规模。1978年产量达1000t。20世纪80年代后期批量生产的M30、M60、T1000等石墨化程度更高的碳纤维。随后碳纤维在全世界需求量随年逐增 中国碳纤维的发展 我国从1968年开始研究碳纤维，很快研究出碳纤维1#，相当于T200的水平，1976年建成中试线，那是与日本东丽公司的差距为5年。后来碳纤维2#的研究久攻不下。差距已拉大20多年，无竞争可言。同时由于发达国家对我国几 十年的技术封锁，至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长时 间依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航天及国防军工事业的 发展，与我国经济社会发展的进程极不相称。所以，研究生产高性能、高质量的 碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。

碳纤维复合材料在新能源汽车行业中的应用

近几年来，随着低碳环保意识、高新技术的不断发展，尤其是当前汽车轻量化的发展环境中，碳纤维复合材料（CFRP）凭借其超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等特性，成为了当下汽车产业的原材料首选，在汽车上的应用日渐普及。本文将对碳纤 维复合材料（CFRP）所具有的特性、及其在汽车行业的运用情况进行了深入探讨，力求为碳纤维复合材料（CFRP）的未来运用提供一定的参考。 0 引言 随着社会经济的快速发展，低碳节能、高效低成本已经成为各个行业市场竞争的必然选择，低碳环保、节能减排也是当前政府非常重视与强调的，尤其是工业生产与汽车产业。在政府、社会相关宣传与个人环保意识不断提升的推动下，汽车等相关领域不断创新与发展，为新型 低成本三维复合材料带来发展契机。碳纤维复合材料不仅具有良好的性能，诸如：超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等，在提升性能方面具有不可替代作用，还能降低车身的总体成本，非常有利于汽车赢得消费者的青睐并抢占更多的市场份额。碳纤 维复合材料在汽车车身中的运用已经成为世界各国争相发展的一门关键技术，尤其是具有成 熟汽车产业市场的欧美国家与日本，这些国家各大车厂在进行汽车生产的过程中都大量选用 了碳纤维材料，实现优化车体结构、降低汽车车身生产成本以及提高汽车性能的目标。 本文将深入探讨碳纤维复合材料的特性及其在汽车行业运用现状，结合碳纤维复合材料在 汽车行业中的运用实例，分析碳纤维复合材料所具有的优势，展望碳纤维复合材料在汽车行 业中的运用前景。 1 碳纤维复合材料《CFRP）介绍 1.1碳纤维复合材料概念 碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新 型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处 理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且 具有耐腐蚀、高模量的特性。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可 加工性，是新一代增强纤维。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成的结构材料简称 碳纤维复合材料。 1.2碳纤维复合材料的特征 （1）超强抗拉弹性 碳纤维复合材料具有超强抗拉弹性，通常情况下高于3 500 MPa、这种强度是钢铁的7倍。另外，不但抗拉弹性远远高于钢，其比模量也远远高于钢。 （2）耐高温、耐腐蚀 相较于其他的材料而言，CFRP具有轻量化、刚强、柔韧性外，还具有耐高温、耐腐蚀、 耐疲劳等超强性能。除此之外，独特的碳结构让其拥有大面积的整体成型特征，同时，它还 拥有良好的稳定性与设计可塑造性，正是这些独有的特征让其可以在车轻量化实现线性增长。 （3）能量吸收性能优越 优越的能量吸收性能是CFRP材料在汽车中被广泛运用的主要原因。CFRP材料是同类的 钢质零部件质量的一半不到，是同类铝制零部件质量的70％左右，质量轻，还能抵抗更大的 冲击，足见CFRP材料的优越性。 1.3碳纤维复合材料发展历史与发展现状 从20世纪70年代开始，CFRP材料开始受到世界各国相关研究人员的关注。在国内的发

碳纤维复合材料汽车B柱性能研究

碳纤维复合材料汽车B柱性能研究 节能、环保和安全是汽车工业的发展方向，汽车轻量化是实现节能減排的重要手段。碳纤维复合材料的比强度和比模量高，密度仅为钢的1/5左右，在等刚度和或等强度下，碳纤维复合材料比钢可减重50%以上，比镁铝合金可减重30%左右，具有独特的轻量化效果，是实现汽车轻量化的理想材料。以汽车B柱为研究对象，基于经典层合板理论，采用ABAQUS分析研究了碳纤维复合材料B 柱的碰撞性能。研究结果表明，与金属材料汽车B柱相比碳纤维复合材料汽车B 柱重量降低约33%，达到了较好的轻量化效果。同时碳纤维复合材料汽车B柱入侵量与吸能比金属材料小。 标签：轻量化；碳纤维复合材料；性能；汽车B柱 1 概述 近年来，我国汽车工业得到了快速的发展，汽车产销量位居世界第一，汽车工业已成为我国经济发展的支柱产业。汽车给我们的出行带来了便利，但也造成了环境污染等问题。在全球温室效应、能源危机和环境污染等日益严重的情况下，节能与环保成为摆在世界各国面前最重要的命题[1]。目前，汽车行业面临的挑战是，为了汽车工业的可持续发展，必须减少环境污染、节约资源。为应对挑战各国都开始研究和开发新能源汽车，就现阶段技术而言，汽车轻量化是实现降低油耗和减少排放的有效途径。有试验表明，汽车总体重量减轻10%，可提高6%-8%的燃油效率。降低1%汽车重量可降低0.7%的油耗[2]。由此可见汽车轻量化对于节能与环保有显著效果，使其成为我国汽车行业大力发展的趋势。对于乘用车来说，车身占整车质量的40%-60%[3]，对于汽车油耗来说，约70%的油耗是用在了车身质量上，因而车身的轻量化对于整车的节能、减排具有更为显著的作用。 2 碳纤维复合材料汽车B柱模型建立 文章采用等代设计方法建立碳纤维复合材料汽车B柱模型，通过Hypermesh 对B柱模型完成几何清理并采用四面体单元划分网格，网格大小10mm。将画好网格的B柱导入ABAQUS进行碰撞分析。 碳纤维复合材料B柱铺层方式为[0/45/90/-45]，铺层层数为18层，每层厚度0.33mm。复合材料单向层合板的力学性能如表1所示。其中p为密度，E1、E2分别为单向层合板的纵向、横向弹性模量，u12为泊松比，G12为剪切模量，Xt、Xc为纵向拉伸、压缩强度，Yt、Yc为横向拉伸、压缩强度，S为剪切强度。 3 碳纤维复合材料汽车B柱性能分析 以碳纤维复合材料汽车B柱的质量、入侵量、吸能为响应分析碳纤维复合材料汽B柱的综合性能。并与金属材料汽车B对比分析，与金属材料汽车B柱相比碳纤维复合材料汽车B柱重量降低约33%，最大入侵量比金属材料汽车B

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、

碳纤维在汽车上的应用

【论文】碳纤维在汽车上的应用 碳纤维(CF)是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。具有十分优异的力学性能。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。碳纤维和碳纤维增强复合材料（CFRP）做为二十一世纪的新材料，其高强度、高弹性模量和低比重性能，在汽车上迅速得到广泛的应用，无论是在车辆外观钣件、引擎舱内集气箱、车室内门板或是饰板等，皆可以看到碳纤维的出现。专家指出，在未来5年内碳纤维将引起汽车工业革命性的变革。 汽车车身、底盘 由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，其适于制造汽车车身、底盘等主要结构件的最轻材料。预计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。 英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明碳纤维增强聚合物材料车身重172kg，而钢制车身重量为368kg，减重约50％。并且当生产量在2万辆以下时，采用RTM工艺生产复合材料车身成本要低于钢制车身。 东丽确立了使用碳纤维强化塑料（CFRP）、在10分钟内成形汽车底盘（前地板）的技术。 但由于碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限，仅在一些F1赛车、高级轿车、小批量车型上有所应用，如BMW公司的Z-9、Z-22的车身，M3系列车顶蓬和车身，GM公司的Ultralite车身，福特公司的GT40车身、保时捷911 GT3承载式车身等。 刹车片 碳纤维还因为其环保、耐磨的特点而应用在刹车片上，但含有碳纤维复合材料的产品都格外贵，所以目前这种刹车片还主要应用在高档轿车上。碳纤维制动盘被广泛用于竞赛用汽车上，例如Ｆ１赛车上。它能够在50ｍ的距离内将汽车的速度从300ｋｍ／ｈ降低到50ｋｍ／ｈ，此时制动盘的温度会升高到900 ℃以上，制动盘会因为吸收大量的热能而变红。碳纤维制动盘能够承受2500 ℃的高温，而且具有非常优秀的制动稳定性。虽然碳纤维制动盘具有性能卓越的减速性能，但是目前在量产的汽车上使用碳纤维制动盘却并不实际，因为碳纤维制动盘的性能在温度达到８００℃以上时才能够达到最好。也就是说，必须在行驶了数公里之后，汽车的制动装置才能进入最佳工作状态，这对于大多数只是短途行驶的车辆并不适用。另外，碳纤维制动盘的磨损速度很快，制造成本也非常高。 座椅加热垫 碳纤维汽车座椅加热垫是碳纤维加热应用于汽车工业的一个突破，碳纤维加热元技术在汽车配套市场变得越来越受欢迎,它将会完全替代传统的座椅加热系统。目前几乎全球所有汽车制造厂商的高档、豪华轿车都配备了这种座椅加热装置,比如奔驰、宝马、奥迪、大众、本田、日产等等。碳纤维热载荷碳纤维是一种比较高效能的导热材料，热效率高达96％,并在加热垫中均匀密布,保证热量在座椅加热区域均匀释放，碳纤维线及温度分布均匀,又确保了加热垫长期使用保持座椅表面皮革平整完好。不产生纹路痕迹、不产生局部变色。温度超出设定区间则自动断电，不能满足温度要求时自动通电调节温度。碳纤维适宜人体吸收的红外线波长,具有促进健康的保健作用，可以充分减少驾乘疲劳，增加舒适度。 轮毂 德国的轮毂制造专家WHEELSANDMORE推出的“Megalight-Forged-Series”轮毂系列，采取两片式设计，外环为碳纤维材质打造，内毂为轻量化的合金，搭配不锈钢制的螺丝，较一般同尺码的轮毂可轻上40﹪左右；以20寸的轮毂为例，Megalight-Forged-Series轮圈仅有六公斤，较一般大约18公斤的重量相较，轻了一大截。20寸的Megalight-Forged-Series 一组轮毂要价两万欧元，约21.86万人民币；目前共有18至23寸尺码可供选择。 英国Kahm公司使用CFRP制得的RX-X型高级轿车专用车轮，重量仅为6kg，可高速行驶，并可最大限度地降低车轮的径向惯性力。由英国DYMAG公司开发的世界最轻碳纤维/镁车轮由碳纤维轮网和镁刹车盘两部分组成，并用镀钛的特殊硬件连接起来。 燃料贮罐