碳纤维增强复合材料在汽车上的应用终结版综述

碳纤维增强复合材料在汽车中的应用

摘要

随着汽车工业的飞速发展，减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，寻找较轻且性能良好的材料代替钢制汽车零件成为一个重要的研究方向。碳纤维增强复合材料具有强度高、重量轻、耐高温、耐腐蚀、热力学性能优良等特点，碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能，是当前汽车材料轻量化的重要研究发展方向之一。本文介绍了碳纤维增强复合材料的特点、成型工艺及在汽车行业的应用情况，以及碳纤维增强复合材料在汽车应用中存在的问题。

关键词：碳纤维增强汽车应用

1 前言

现在社会汽车已成为人民出行必不可少的交通工具，在汽车给人类带来方便的同时也给环境带来了污染，汽车的燃料消耗和二氧化碳废气的排放量与汽车重量存在密切的关系，美国能源部相关研究表明，美国现有的汽车，如减重25％，每天可节省750,000桶燃油，每年二氧化碳的排放量可减少1.01亿吨，因此汽车轻量化已成为汽车工业技术发展的重要方向。除了对汽车各种零部件结构进行优化设计和改进外，采用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。如选用铝、镁、钛、高强度钢、工程塑料和复合材料等，用以制造汽车车身、底盘、发动机等零部件，可以有效的减轻汽车自重，提高发动机效率。

碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料，是目前最先进的复合材料之一。它以其质量轻、强度高、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗腐蚀材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料，同时也受到汽车工业广泛重视，碳纤维增强复合材料在汽车方面主要是汽车骨架、缓冲器、弹簧片、引擎零件等，早在1979年，福特汽车公司就在实验车上作了试验，将其车身、框架等160个部件用碳纤维复合材料制造，结果整车减重33％，汽油的利用率提高了44％，同时大大降低了振动和噪音。

碳纤维具有比重小、强度高、模量高、耐腐蚀等特点，可用于制造碳纤维增强聚合物、金属、陶瓷基复合材料，是先进复合材料最重要的增强体。碳纤维增强复合材料用于制造汽车车身、发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能。本文将简述碳纤维增强复合材料的性能特点，及其在汽车工业应用的前景和存在的问题。由于碳纤维增强复合材料的价格昂贵，严重影响其在汽车工业中的应用。因此，发展廉价的碳纤维和高效率碳纤维增强复合材料的生产方法和工艺已成为汽车轻量化材料研究中的关键课题，美国、日本等已将其列为汽车轻量化材料的研究计划。

2 碳纤维增强复合材料的特性

碳纤维增强复合材料以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。

碳纤维增强复合材料的成型加工技术包括碳纤维的坯体制造、碳基体的制造和基体与纤维的复合。首先，将碳纤维或碳纤维织物制成坯体，根据原料形式不同分为：长纤维缠绕法；碳毡短纤维模压或喷射成型；石墨布叠层。目前，其坯体研制以三向织物为主，三向织物以X、Y、Z方向互成90度正交排列，各方向的碳纤维在织物中保持准直，因此能较好的发挥纤维的力学性能。其次，制作复合材料的基体。碳-碳复合材料的基体有树脂碳和热解碳两种，树脂碳是由合成树脂或沥青经碳化和石墨化获得，热解碳是由烃类气体的气相沉积获得。最后，把坯体与基体复合成型。

碳纤维增强复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。

（1）具有很高的强度和弹性模量（刚性）。它的比重一般为1.70～1.80g/cm3，密度低（1.7g/cm3左右）在承受高温的结构中，它是最轻的材料；高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度，强度为1200～7000MPa，；有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性；而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料。纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现“假塑性效应”即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。

（2）热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异

（3）耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部。

3 碳纤维增强复合材料在汽车行业的应用情况

碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量，已在航天航空等领域广泛使用，是制造卫星、导弹、飞机的重要结构零部件的关键结构材料。由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，它也是适用于制造汽车主结构――车身、底盘最轻的材料，受到汽车工业广泛重视。主要的应用有：发动机系统中的推杆、连杆、摇杆、水泵叶轮，传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等，底盘系统中的悬置件、弹簧片、框架、散热器等，车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。自从1953年第一辆全复合材料车身的汽车问世以来，复合材料在汽车上的应用不断增多。如今在汽车车身、尾翼、汽车底盘，发动机罩、汽车内饰等各个地方我们都能够发现碳纤维复合材料的身影。

碳纤维增强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％。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-22的车身，福特公司的GT40车身、保时捷GT3承载式车身等，碳纤维增强复合材料以其优异的性能取得了飞速发展并且在社会各领域得到了越来越广泛的应用.增强纤维作为纤维增强复合材料的一个重要组分,其性能如何将直接影响着复合材料的应用层次,而且高性能增强纤维作为高竞争性、高赢利性品种一直是世界各大生产商乐于巨额投资的研发项目品种,它的发展及其在先进复合材料中的适应程度在目前乃至将来都有许多值得探索的地方.在先进复合材料中, 碳纤维增强复合材料是目前最常应用的高性能增强纤维之一，碳纤维复合材料具有足够的强度和刚度以及优良的综合性能，它的应用将可大幅度降低汽车自重达40～60％，对汽车轻量化具有十分重要的意义，已成为汽车轻量化材料的重要发展方向。为提高碳纤维增强复合材料的用量，美国、欧洲、日本等通过加紧研究廉价碳纤维的原丝（高品级聚丙烯晴丝）和碳纤维的低成本、高速率的生产工艺，使碳纤维的价格降低到约3美元/磅。目前碳纤维增强

复合材料已用于赛车、重卡、混合动力车的各种零部件的生产。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，抗拉强度却达到钢的7-9倍，以其制造的汽车可以节约燃油30％。碳纤维最初只应用于军事、航空航天等高科技领域，随着近年来碳纤维行业的逐步发展，才慢慢向汽车以及其他民用领域扩展。

1992年通用汽车公司介绍了超轻概念车（Ultralite Concept Car），该车的车身采用碳纤维复合材料，由手铺碳纤维预浸料工艺制造，整体车身的质量为191kg。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%。

丰田设计的“1/X”混合动力车，由于车身骨架采用碳纤维材料，创造出百公里耗油仅2.7升的超低燃耗记录。此外，三菱EVO X极致轻量化的车身改造，均缘于大量碳纤维套件的使用，如牌照框、导风罩、散热孔罩等构件均采用碳纤维材料。

卓尔泰克（Zoltek），是美国碳纤维领先制造商，已成立一个新的子公司，称为 Zoltek Automotive（卓尔泰克汽车公司），加快对轻质碳纤维在汽车业大幅应用的领域。这个新子公司将由两位在汽车复合材料应用方面德高望重的专家领导，并有超过12名来自卓尔泰克已有业务中的工程技术人员及其面向全球的销售人员加盟。

卓尔泰克公司董事长兼首席执行官Zsolt Rumy表示：“我们一直把汽车行业看作是我们的低成本、高性能碳纤维的最大的一个潜在市场。虽然我们已积极开发车用碳纤维很多年了，Zoltek Automotive的成立则是我们将产品开发与潜在市场需求更紧密联系的一个新的开始。我们将通过Zoltek Automotive的专业技术，开发新的生产方式，帮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。”

日本帝人集团的总裁，也同样对进军碳纤维市场充满信心，认为通过未来几年在车辆中使用碳纤维增强塑料（CFRP），能够帮助电动汽车车身减重一半以上。

碳纤维复合材料具有比金属材料更高的刚性和抗冲击性能，还具有极佳的能量吸收能力，进一步保证了碳纤维复合材料汽车的安全性。据介绍，

碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4-5倍左右。数年来，F1车队一直采用碳纤维复合材料制造其赛车的碰撞缓冲构件，从而显着减少了这顶级汽车运动项目中的重伤事故。

4 碳纤维增强复合材料在汽车中的应用存在的问题

虽然碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量、比重小、耐腐蚀且具有较高的强度和硬度，但碳纤维增强复合材料的价格昂贵，大批量、高效率生产汽车零部件的工艺方法仍需要进一步发展、完善，严重影响其在汽车工业中的应用。除了价格因素之外，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用还存着在一些问题需要解决。存在的问题如下：

1. 成本问题。碳纤维增强复合材料所用的纤维和基体材料价格高，是该材料在汽车工业广泛使用最大的障碍。生产碳纤维的原丝――聚丙烯晴丝较贵，美国正在研究以纺织商品级的聚丙烯晴丝为原丝并能够快速生产廉价碳纤维的工艺，可望将碳纤维的价格降至3美元/磅。

2. 缺乏大批量、高生产效率的碳纤维复合材料汽车零部件的生产方法。

需研究能够生产多种形状和性能的汽车零部件工艺方法，由于汽车行业特点，要求工艺成本要低，生产率要高。研究发展高效、低成本的复合材料零件生产工艺意义重大。

3. 缺乏复合材料的快速、大批量连接技术。

4. 复合材料汽车零部件的回收再利用问题。

5. 碳纤维增强热固性树脂基复合材料的回收尚存在一定问题，有待解决。

6. 复合材料汽车零件的设计数据、试验方法、分析工具、碰撞模型等尚不完善。

结束语

碳纤维增强复合材料如此昂贵，还有发展空间吗？答案是肯定的。目前碳纤维增强复合材料在技术等各方面都取得了长足的进展，应用领域也在不断扩展，从以前主要集中在航空航天及代表科技前沿的军事领域，逐步拓展到工业应用领域，特别是近几年以来，碳纤维增强复合材料在土木工程、交通运输、纺织机械等方面的应用大幅增长，尤其在汽车上的应用大幅增加，据相关部门预测，世界碳纤维需求每年将以大约13％的速度飞速增长。谁先掌握先机的技术，研究出高效率，成本低的生产先进工艺就能占领整个市场，因此而获得巨大的经济效益。目前我们需要做的是研究高效、低成本的生产工艺，研究快速、大批量的链接技术，研究回收复合材料的回收再利用技术，完善复合材料汽车零件的设计数据、实验方法、分析工具、碰撞模型等，从这几个方面入手，碳纤维增强复合材料的成本会大大降低。

目前碳纤维材料在民用量产汽车，尤其是中档产品应用也十分广泛，很多厂商也已经开始提供碳纤维材料的小组件，如后视镜壳、内饰门板、门把手、排挡杆、赛车座椅、空气套件等，同时可以原装位安装到发动机舱的风箱、进气歧管等碳纤维改装件也是品种繁多。碳纤维材料在汽车领域的应用越来越多也越来越广泛，相信在不久的未来，汽车排放越来越“低碳”，而汽车本身则会越来越“高碳”。随着碳纤维行业的不断成熟与发展，以及节能减排和汽车轻量化大方向的指引，碳纤维材料或成汽车界“瘦身革命”的领导者。可以预见，碳纤维轻量车身必将掀起一股新的变革潮流，一个新的市场突破点正在形成。

国际上已将碳纤维复合材料在汽车中的应用列为汽车轻量化材料发展计划的关键内容，并取得了重大进展国际碳纤维市场发展迅速，需求量的不断增长也给中国碳纤维行业提供了难得的发展机遇。随着应用研究的进一步深入，未来碳纤维产品将趋向于高性能化，民用、工业用量将继续保持大幅增长趋势。受益于庞大的内需市场，碳纤维增强材料汽车零部件这一细分市场必将有巨大的增长空间。

参考文献

[1]翟国华，候培民．新世纪中国汽车工业用纤维的发展．合成纤维工业，2003，26(3)：l 一4

[2]贺福. 汽车工业的新型材料——碳纤维增强复合材料[J];世界汽车;1979年05期

[3]陈光大．碳纤维的应用前景．中国投资，2002．3：24～25

[4]冯美斌.汽车轻量化技术中新材料的发展及应用[J];汽车工程;2006年03期

[5]敖辽辉.高精度碳纤维复合材料模具制造技术[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

[6]张鹏．碳纤维的应用及市场．Advanced Materials Industry，2001，(7)：27～29．

[7]张西奎,王成国,王海庆;碳纤维增强汽车摩擦材料的研究[J];汽车工艺与材料;2003年04期

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

碳碳复合材料概述

碳/碳复合材料概述 摘要本文介绍了碳碳复合材料的发展、工艺、特性以及应用。 关键词碳碳复合材料制备工艺性能应用 １前言 C/C复合材料是指以碳纤维或各种碳织物增强，或石墨化的树脂碳以及化学气相沉积（CVD）所形成的复合材料。碳/碳复合材料在高温热处理之后碳元素含量高于99%, 故该材料具有密度低,耐高温, 抗腐蚀, 热冲击性能好, 耐酸、碱、盐,耐摩擦磨损等一系列优异性能。此外, 碳/碳复合材料的室温强度可以保持到2500℃, 对热应力不敏感, 抗烧蚀性能好。故该复合材料具有出色的机械特性, 既可作为结构材料承载重荷, 又可作为功能材料发挥作用, 适于各种高温用途使用[1]。因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。 ２碳碳复合材料的发展 碳碳复合材料是高技术新材料，自1958年碳碳复合材料问世以来，经历了四个阶段： 60年代——碳碳工艺基础研究阶段，以化学气相沉积工艺和液相浸渍工艺的出现为代表； 70年代——烧蚀碳碳应用开发阶段，以碳碳飞机刹车片和碳碳导弹端头帽的应用为代表； 80年代——碳碳热结构应用开发阶段，以航天飞机抗氧化碳碳鼻锥帽和机翼前缘的应用为代表； 90年代——碳碳新工艺开发和民用应用阶段，致力于降低成本，在高性能燃气涡轮发动机航天器和高温炉发热体等领域的应用。 由于碳碳具有高比强度、高比刚度、高温下保持高强度，良好的烧蚀性能、摩擦性能和良好抗热震性能以及复合材料的可设计性，得到了越来越广泛的应用。当今,碳碳复合材料在四大类复合材料中就其研究与应用水平来说,仅次于树脂基复合材料,优先于金属基复合材料和陶瓷基复合材料,已走向工程应用阶段。从技术发展看，碳碳复合材料已经从最初阶段的两向碳碳复合材料发展为三向、四向等多维碳碳复合材料；从单纯抗烧蚀碳碳复合材料发展为抗烧蚀—抗侵蚀和抗烧蚀—抗侵蚀—稳定外形碳碳复合材料；从但功能材料发展为多功能材料。目前碳碳复合材料面对的最主要问题是抗氧化问题[2]。 ３碳碳复合材料的制备加工工 艺[3] C/ C 复合材料的制备工艺: 碳 纤维的选择→胚体的预制成型→胚体 的致密化处理→碳碳复合材料的高温 热处理(如图[4]) ３.１碳纤维的选择 CF 的选择可以改变碳碳复合材 料的力学和热力学性能。纤维的选择 主要依赖于成本、织物结构、性能及 纤维的工艺稳定性。 常用CF 有三种, 即人造丝CF, 聚丙烯腈( PAN ) CF 和沥青CF。 ３.２坯体的预制成型 坯体的成型是指按产品的形状和性能要求先把CF 预先成型为所需结构形状的毛坯, 以便进一步进行C/ C 复合材料的致密化处理工艺。

复合材料在汽车制造中的应用

2012年10月（下）工业技术科技创新与应用 复合材料在汽车制造中的应用 刘莉 （兰州职业技术学院，甘肃兰州730070） 汽车工业是我国国民经济的重要产业支柱之一，近年来已取得迅猛的发展。截至2010年，我国汽车产销量分别为1826.7和1806.9万辆，跃居世界第一。按照“十二五”规划，到2015年将形成2500万辆的产能[1]。汽车工业的快速发展伴随着能源匮乏、环境污染等问题。汽车节能、环保、安全既是国际汽车技术的发展方向，也是我国产业政策的要求[2]。由于钢材料刚性好、易加工，能满足汽车各零部件对材料性能的要求，但钢材料也存在易腐蚀、密度大、能量消耗多的缺点，因此以轻质材料取代传统钢材料势在必行。近年来，复合材料在汽车制造业的开发应用减轻了重量、降低了油耗、提高了强度和改善震动等性能[3]。复合材料是由两种或者多种不同性质的材料用物理或化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。一般复合材料的性能优于其组成材料的性能，并且有些性能是原来组成材料所没有的，如改善材料的刚度、强度和热学等性能等。 1汽车制造业发展趋势 为缓解日益减少的石油资源的压力，节能减排是影响可持续发展的关键因素。用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。减轻了汽车重量，滚动阻力随之减少，每公里油耗也就随之下降，不但降低了石油资源的损耗，还减少了尾气排放，缓解了温室效应的压力[2]。近年来，由于机械和汽车领域对材料强度和硬度方面的要求越来越高，使得复合材料得到广泛的应用。但与复合材料在宇航方面的应用相比，汽车工业应用复合材料的发展较为缓慢，主要是受限于材料价格高，复合材料的成型加工困难等因素。目前，伴随高性能复合材料研发与应用，已可通过减轻材料重量来节约成本。复合材料与金属材料相比，具有能耗低、加工方便、材料性能高和使用寿命长的特点，目前已大规模应用于汽车零部件和内部装饰等方面[4]。 2复合材料在汽车零部件开发应用 2.1在汽车发动机上的应用 发动机的主要部件是活塞，它的工作环境为高温高压，并且活塞在运动过程中不断与活塞环、汽缸壁之间产生摩擦，极易损坏，因此要保证发动机正常工作，要选择耐磨的复合材料。目前，应用于活塞的材料主要由低密度金属和增强陶瓷纤维组成。此外，国外又推出了氧化铝纤维增强活塞顶的铝活塞及氧化铝增强的镁合金制造的活塞等[5]。由于陶瓷材料质量较轻，若将配气机构中的附件也用陶瓷复合材料替换后，可以通过提高转速的方法来提高发动机的功率，或者转速不变，也可通过降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗，从而达到节能减排的目的。气门座和摇臂头等易磨损部件再采用陶瓷材料后，也可减少磨损，延长使用寿命。在柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后，改善了发动机低负荷时的燃烧，及低温启动性能，降低了燃烧噪声。涡轮增压器零件中使用最普遍的是增压器陶瓷涡轮，与金属涡轮相比，陶瓷涡轮质轻，转动惯量仅为金属涡轮的20%，“涡轮滞后”现象得以改善，提高了增压器的动态性能，能在金属涡轮不能承受的高温下工作[6]。韩鹏[7]从碳纤维复合材料的力学性能和发动机罩的结构特点出发，按照等刚度原则，设计并分析了碳纤维复合材料发动机罩。用有限元分析方法，确定了发动机罩性能参数。结果发现，复合材料发动机罩在满足刚度条件下，可减重约16%左右。 2.2车轮 刘国军[4]数值模拟了碳纤维/环氧(T300/5208）复合材料车轮与铝合金车轮的弯曲疲劳试验。通过对汽车车轮建模，用有限元AN－SYS软件，按国家标准车轮弯曲疲劳试验，分别分析了铝合金和复合材料汽车车轮的强度。结果发现，在相同应力水平下，复合材料车轮比铝合金车轮轻了40.74%。同时，优化设计碳纤维/环氧(T300/ 5208）复合材料汽车车轮的轮辋厚度、车轮安装凸缘厚度和车轮的轮廓尺寸，也可以使车轮的重量降低。 2.3其他部件 东风汽车公司开发的共聚甲醛与钢背复合润滑滑动轴承复合材料，已应用于汽车的制动系、传动系、转向系等轴承中。具有综合性能优于青铜合金，工艺稳定、生产率高、价格低廉等优点。此外，铜材质的散热器管材也逐渐被复合材料取代。目前一般采用30%GF 增强的PA66注射成型，并以机械方式与散热器接合，可明显提高设备的耐腐蚀性并节约了金属材料。用橡胶密封圈使接合面上达到密封的目的，还可以起到防振作用[8]。张泽书[9]用玻璃纤维和改性丙纶为原料，设计开发了GMT复合材料，并用于汽车内饰。产品规格为单位质量1150~1250g/m2，幅宽为2200mm。研究了GMT复合材料成型加工工艺参数与其力学性能之间的关系。结果发现，采用玻璃纤维和改性丙纶直接混合方法，用非织造布设备进行制备GMT复合材料，成功解决了玻璃纤维和改性丙纶均匀混合、梳理成网均匀等技术问题。 3展望 含有陶瓷纤维、玻璃纤维、高分子材料以及其他新型非金属原料的高性能复合材料在汽车制造业中的广泛研究与应用，极大减小了汽车材料对金属的依赖，实现汽车轻量化，有效缓解了对资源的压力。伴随我国汽车产业的迅猛发展，探索并开发高性能新型复合材料，进一步减轻重量，增强材料力学及加工性能，降低成本，促进汽车产业的节能减排，已经成为一种必不可挡的趋势。 参考文献 [1]黄茂松,贾润萍.中国汽车用聚氨酯材料发展方向[J].聚氨酯, 2012,3:61-66 [2]郑学森.国内汽车复合材料应用现状与未来展望[J].玻璃纤维, 2010,3:35-42 [3]刘军,王腾宁.复合材料在汽车中的应用[J].工程塑料应用, 1996,3:31-33 [4]刘国军.复合材料汽车车轮的强度分析及优化设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006 [5]曹令俊.复合材料在汽车工业中的应用及趋势[J].天津汽车, 2000,1:28-31 [6]罗鹰.复合材料在现代汽车发动机中的应用[J].汽车工程师, 2009,2:50-52 [7]韩鹏.碳纤维复合材料发动机罩优化设计研究[D].长春:吉林大学,2011 [8]向乐新,潘典三.树脂基复合材料及其在汽车中的应用[J].武汉工学院学报,1995,4:19-25 [9]张泽书.汽车内饰用GMT复合材料的制备与研究[D].郑州:中原工学院,2009 摘要：根据当前汽车制造业的发展趋势，从节能减排角度入手，分析了汽车轻量化是当今汽车工业发展的方向，综述了复合材料在我国汽车制造中的开发与应用。 关键词：复合材料；汽车制造；应用 110 --

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】

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、

汽车复合材料的历史和现状

汽车复合材料的历史和现状 作为一种新型的轻量化材料，树脂基复合材料正日益成为汽车制造业中的新宠。 汽车复合材料的历史 自开始制造汽车以来，复合材料，包括天然复合材料和人工合成复合材料便以各种形式应用于汽车中。早在1908年，美国福特汽车公司第一款大批量开发生产的T型车，其引擎盖就是采用天然复合材料——木头制造而成的。其后，很多汽车的车身框架、车底板和汽车装饰品等也均由木质材料制成。在汽车制造史上，复合材料被大规模地应用于汽车部件生产的一个典型例子是汽车的轮胎。众所周知，轮胎的橡胶基体中含有大约50%的碳黑，它不仅使轮胎呈黑色，更主要的是，碳黑的加入显著地提高了轮胎的耐磨性。通过在轮胎纵向方向加入纤维和钢丝，还大大增加了轮胎的结构强度，这是典型的人工合成复合材料在汽车领域的应用案例。尽管现代轮胎的制造技术己取得了巨大进步，但从福特公司T型车诞生以来，轮胎的基本配方和结构形式却一直都没有改变。因此我们可以认为，汽车制造业的发展史，实际上也是复合材料在汽车上的应用史。当然，本文主要介绍的是树脂基汽车复合材料，其历史应该追溯到树脂基复合材料诞生之后。 树脂基复合材料（以下简称“复合材料”）自1932年在美国诞生以来，至今已有近75年的发展历史。然而，其真正批量化应用于汽车工业则始于1953年。据资料记载，1951年，时任通用汽车公司车身设计负责人的Harley Early先生从通用汽车公司展示的玻纤增强复合材料概念车中得到启发，他憧憬着有朝一日能够设计出一款供批量生产的全玻纤增强复合材料车身的跑车，这款跑车可以结合所有欧洲汽车的优点。很快，他的想法得到了通用汽车公司副总裁Harlow Curtice先生的支持。1952年，通用汽车公司将一款原准备采用常规的钢材制造的跑车改为采用玻纤增强复合材料来制造，并将原名“Opel”改为“Corvette”，Corvette的英文原意是“轻巡洋舰”，其涵义充分表达了轻型、快速和操控性强的设计理念。 第一批Corvette车身采用手糊工艺制作而成：首先将剪切好的玻纤增强材料铺设在开放式的模具内，然后通过树脂浸渍、滚压赶泡、固化反应及脱模等一系列工序制作完成，这在当时是一种全新的车身制造工艺。经过全员努力，1952年12月22日，通用汽车公司成功地完成了该车身的开发制造。 1953年1月17日，一辆锃亮的配有红色内饰的白色Chevrolet Corvette跑车在美国纽约的Waldorf宾馆首次向观众展示（如图1所示），这是世界上第一款全复合材料车身的两座位跑车，这一天也因此成为了汽车复合材料史上值得永远纪念的日子。1953年6月30日，第一批试生产的300辆Corvette车在美国的Michigan投产。1954年，其生产地被移至美国的 St.Louis。从1984年至今，Chevrolet Corvette车型一直在Bowling Green生产。

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。

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增

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

碳纤维增强复合材料概述(精编文档).doc

【最新整理，下载后即可编辑】 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、氧等元素得以排出，成为一种接近纯碳的材料，含碳量一般都在90%以上，而本身质量却大为减轻；由于碳化过程中对纤维进行了沿轴向的预拉伸处理，使得分子沿轴向进行取向排列，因而碳纤维轴向拉伸强度大大提高，成为一种轻质、高强度、高模量、化学性能稳定的高性能纤维材料。用碳纤维和高性能的树脂基体复合而成的先进树脂基复合材料是目前用得最多，也是最重要的一种结构复合材料。此外，用天然纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维作增强体的树脂基复合材料也在快速发展。 碳纤维增强复合材料( CFRP) 是目前最先进的复合材料之一。它可以兼顾碳纤维和基体的性能而成为综合性能更为优异的工程结构材料和具有特殊性能的功能材料。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐

典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成

典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成 汽车用地毯与整车钣金接触面积比较大，因而对于整车的声学性能起着非常重要的作用，文章通过对典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成的阐述，以期为业界开发乘用车簇绒地毯起到一定的参考意义。 标签：簇绒地毯声学性能复合材料性能与构成 0 引言 随着现代纺织技术和工艺的发展，汽车工业大量采用高性能纤维材料，充分满足了消费者的需求。就目前而言，汽车地毯类主要有针刺地毯及簇绒地毯两大类。前者所用纤维原料95%以上是聚酰胺纤维，其优点在于优异的回弹和耐磨性。针刺地毯所用纤维主要是聚酯和聚丙烯，由于聚丙烯价格上的优势，各国都投入了较大的人力和物力对其进行研究和开发，而国内目前针刺地毯主要应用在中低档的小型家轿上，中型及豪华轿车上大都采用了簇绒地毯。 下面就从汽车地毯的几个主要性能要求上，对典型汽车用簇绒地毯复合材料开发与应用做一简明的阐述。 作为汽车内饰件的地毯，其主要的性能包括：外观、声学、机械性能、气味、排放、阻燃性等。 图1即为一种典型的簇绒地毯复合材料构成，它是一种层迭式的复合结构，通过簇绒、涂胶、热压成型以及发泡等工艺流程制造。 1 簇绒地毯复合材料构成最上层-毯面的外观特性 首先，汽车用簇绒地毯外观，需满足人们对于舒适豪华感观上的追求，因而对于最上层结构的毯面设计，就需考虑两个要点：毯面的风格及颜色。产业用纺织品的纤维原料已经从过去主要采用棉、毛、麻等天然纤维逐步发展到采用粘胶、丙纶、绵纶、腈纶等化纤，从采用常规化纤发展到大量采用各种高强、高模、耐高温、耐酸碱、高氧化、耐水解的高性能纤维，由于聚酰胺纤维（俗称：尼龙纱线）优异的回弹和耐磨性，它迅速地在汽车簇绒地毯中得到广泛的应用，各供应商也积极地投入到此纱线的开发中来，目前国内比较大规模开发簇绒尼龙纱线的厂家中有Aquafil，Universal以及Invista等，随着中国汽车工业近几年的蓬勃发展，高中档家用轿车和商业用车产销两旺，合成化学纤维用量需求越来越大。 所谓簇绒，是将一束束的尼龙纱线植于无纺布的基布上，簇绒机将纱线剪断，纱线直立或弯曲形成绒感，背面将纱线束用PE胶粘附形成。对毯面的风格而言，主要体现在绒高，簇绒机的幅宽方向的纱线束的针脚距离，毯面的单位面积的克重等，目前国内外的毯面的加工过程大都通过簇绒机完成，以进口机器为主，绒线束针距现在较为普遍的有两种，一种为1/10”，另一种5/64”，是指在簇绒机的

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

(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