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行业科普
碳纤维复合材料汽车零部件的优劣分析
时间:2016年2月22日  来源:汽车材料网
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。如今随着汽车轻量化浪潮的出现,碳纤维复合材料在汽车上的应用日益受到追捧。碳纤维复合材料(CFRP),因其质量小,而且强度高、刚性高,以及良好的耐蠕变与耐腐蚀性特点成为是最理想的汽车用轻量化材料。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。
 
那么碳纤维复合材料的应用究竟为汽车带来了什么呢?碳纤维复合材料能否成为汽车零部件的主要材料呢?

1 碳纤维复合材料让汽车更安全
 
近日有媒体报道某豪华轿车因大量采用碳纤维致使汽车的刚性降低,碳纤维车身经不起看似很一般的碰撞(参看:千万级超跑帕格尼遇车祸 碳纤维车身被毁)。对此,北京中材汽车复合材料有限公司总工程师高国强分析认为:“碳纤维复合材料实际上比金属材料有更高的刚性和抗冲击性能。从力学性能的角度而言,在汽车设计的时候,减重的同时会充分考虑部件的受力情况,不会为了降低重量而牺牲刚性。碰撞的结果不仅仅和材料本身有关系,和部件的结构也有非常密切的关联,复合材料部件与车身连接结构的强度是否可靠,受冲击的位置和方式都对破坏结构有影响。”
 
高国强还介绍说,碳纤维复合材料还具有极佳的能量吸收能力,这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。

2 轻量化是碳纤维复合材料最大优点
 
除了安全性之外,轻量化是碳纤维复合材料另一个显着优点。而轻量化的直接成果就是减低汽车的油耗。
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%。
 
3 价格居高不下使碳纤维复合材料应用有限
 
虽然对于汽车来说碳纤维复合材料具有更高的安全性、轻量化等众多优点,但是现阶段它还仅限于高档轿车的应用。“这主要是因为碳纤维的价格一直居高不下。”高国强解释说。
 
需要说明的是由于其成本和工业水平的原因,我国碳纤维复合材料在汽车零部件上的应用还很有限。
 
美国岩石山研究所曾经对汽车工业应用的碳纤维作了研究分析,结论是当碳纤维价格降至每千克16.5美元以下时,碳纤维与钢材相比就有竞争性了。而降低碳纤维价格的途径之一就是应用大丝束碳纤维。因为大丝束碳纤维制备属于低成本生产技术,售价只有小丝束碳纤维的50%~60%。
 
据了解,目前世界上大丝束碳纤维生产商并不多,主要有美国的卓尔泰公司、阿可苏公司、阿尔笛拉公司以及德国的SGL公司。我国在这方面还有待发展。
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