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碳纖維在汽車上的應(yīng)用解析

文章出處：網(wǎng)絡(luò)責任編輯：管理員人氣：發(fā)表時間：2015-06-24【大中小】

碳纖維(Carbon Fiber)是纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，它是利用各種有機纖維在惰性氣體中、高溫狀態(tài)下碳化而制得。具有十分優(yōu)異的力學性能。特別是在2000℃以上高溫惰性環(huán)境中，是唯一強度不下降的物質(zhì)。碳纖維和碳纖維增強復(fù)合材料（CFRP）做為21世紀的新材料，其高強度、高彈性模量和低比重性能，在汽車上迅速得到廣泛的應(yīng)用，無論是在車輛外觀鈑件、引擎艙內(nèi)集氣箱、車室內(nèi)門板或是飾板等，皆可以看到碳纖維的出現(xiàn)。專家指出，在未來5年內(nèi)碳纖維將引起汽車工業(yè)革命性的變革。

1 汽車車身、底盤
由于碳纖維增強聚合物基復(fù)合材料有足夠的強度和剛度，其適于制造汽車車身、底盤等主要結(jié)構(gòu)件的最輕材料。預(yù)計碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可使汽車車身、底盤減輕重量40％～60％，相當于鋼結(jié)構(gòu)重量的1/3～1/6。

英國材料系統(tǒng)實驗室曾對碳纖維復(fù)合材料減重效果進行研究，結(jié)果表明碳纖維增強聚合物材料車身重量僅為172kg，而鋼制車身重量為368kg，減重約50％。并且當生產(chǎn)量在2萬輛以下時，采用RTM工藝生產(chǎn)復(fù)合材料車身成本要低于鋼制車身。
東麗確立了使用碳纖維強化塑料（CFRP）、在10min內(nèi)成形汽車底盤（前地板）的技術(shù)。
但由于碳纖維成本過高，碳纖維增強復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用有限，僅在一些F1賽車、高級轎車、小批量車型上有所應(yīng)用，如BMW公司的Z-9、Z-22的車身，M3系列車頂蓬和車身，GM公司的Ultralite車身，福特公司的GT40車身、保時捷911 GT3承載式車身等。

2 剎車片
碳纖維還因為其環(huán)保、耐磨的特點而應(yīng)用在剎車片上，但含有碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)品都格外貴，所以目前這種剎車片還主要應(yīng)用在高檔轎車上。碳纖維制動盤被廣泛用于競賽用汽車上，例如Ｆ１賽車上。它能夠在50ｍ的距離內(nèi)將汽車的速度從300ｋｍ／ｈ降低到50ｋｍ／ｈ，此時制動盤的溫度會升高到900 ℃以上，制動盤會因為吸收大量的熱能而變紅。碳纖維制動盤能夠承受2500 ℃的高溫，而且具有非常優(yōu)秀的制動穩(wěn)定性。雖然碳纖維制動盤具有性能卓越的減速性能，但是目前在量產(chǎn)的汽車上使用碳纖維制動盤卻并不實際，因為碳纖維制動盤的性能在溫度達到800℃以上時才能夠達到最好。也就是說，必須在行駛了數(shù)公里之后，汽車的制動裝置才能進入最佳工作狀態(tài)，這對于大多數(shù)只是短途行駛的車輛并不適用。另外，碳纖維制動盤的磨損速度很快，制造成本也非常高。本文來自123

3 座椅加熱墊
碳纖維汽車座椅加熱墊是碳纖維加熱應(yīng)用于汽車工業(yè)的一個突破，碳纖維加熱元技術(shù)在汽車配套市場變得越來越受歡迎,它將會完全替代傳統(tǒng)的座椅加熱系統(tǒng)。目前幾乎全球所有汽車制造廠商的高檔、豪華轎車都配備了這種座椅加熱裝置，比如奔馳、寶馬、奧迪、大眾、本田、日產(chǎn)等等。碳纖維熱載荷碳纖維是一種比較高效能的導熱材料，熱效率高達96％,并在加熱墊中均勻密布,保證熱量在座椅加熱區(qū)域均勻釋放，碳纖維線及溫度分布均勻,又確保了加熱墊長期使用保持座椅表面皮革平整完好。不產(chǎn)生紋路痕跡、不產(chǎn)生局部變色。溫度超出設(shè)定區(qū)間則自動斷電，不能滿足溫度要求時自動通電調(diào)節(jié)溫度。碳纖維適宜人體吸收的紅外線波長,具有促進健康的保健作用，可以充分減少駕乘疲勞，增加舒適度。

4 輪轂

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德國的知名輪轂制造專家WHEELSANDMORE推出的“Megalight-Forged-Series”輪轂系列，采取兩片式設(shè)計，外環(huán)為碳纖維材質(zhì)打造，內(nèi)轂為輕量化的合金，搭配不銹鋼制的螺絲，較一般同尺碼的輪轂可輕上40成左右；以20寸的輪轂為例，Megalight-Forged-Series輪圈僅有6kg，較一般大約18kg的重量相較，輕了一大截。20寸的Megalight-Forged-Series一組輪轂要價2萬歐元，約21.86萬人民幣；目前共有18～23寸尺碼可供選擇。
英國Kahm公司使用CFRP制得的RX-X型高級轎車專用車輪，重量僅為6kg，可高速行駛，并可最大限度地降低車輪的徑向慣性力。由英國DYMAG公司開發(fā)的世界最輕碳纖維/鎂車輪由碳纖維輪網(wǎng)和鎂剎車盤兩部分組成，并用鍍鈦的特殊硬件連接起來。

5 燃料貯罐
采用CFRP可以在滿足該要求的條件下實現(xiàn)壓力容器的輕量化。隨著環(huán)保汽車（Eco-car）的開發(fā)，以氫為燃料的燃料電池汽車使用CFRP材料制作燃料貯罐已為市場所接受。依據(jù)日本能源廳燃料電池研討會信息，2020年日本將有500萬臺汽車使用燃料電池。美國福特汽車Hummer H2H越野車也開始使用氫燃料電池，預(yù)計2010年氫燃料電池汽車將會達到一定的市場規(guī)模。