因为碳纤维复合材料对减轻汽车重量、提高车身强度、降低燃油消耗都起到了非常好的作用，所以一直受高端车型所宠爱。但因其制造成本过高，所以暂未能普及所有车型。那么碳纤维到底有哪些优点呢？在汽车行业又有哪些应用呢？
一、碳纤维复合材料在汽车上应用的四大优点
1. 轻量化
碳纤维复合材料具有其他材料不可比拟的比强度和比模量，密度只有1.6g/cm³左右，远低于钢铁和铝，将其应用于车身及其它零部件的设计可降低整车质量的35%左右，降低燃油消耗。
如大众新推出的采用碳纤维复合材料车身和零部件的XL1车型总质量只有795kg，结合混动技术，百公里油耗仅0.9升。
表 碳纤维复合材料与其他材料的性能对比
|
材料种类 |
密度/（g/cm^3） |
拉伸强度/Mpa |
弹性模量/Mpa |
比强度/m |
比模量/km |
|
|
高强度钢 |
7.8 |
1000 |
214000 |
1.3 |
0.27 |
|
|
铝合金 |
2.8 |
420 |
71000 |
1.5 |
0.25 |
|
|
镁合金 |
1.79 |
280 |
45000 |
1.6 |
0.25 |
|
|
钛合金 |
4.5 |
942 |
112000 |
2.1 |
0.25 |
|
|
碳纤维复合材料 |
2.0 |
1100 |
40000 |
5.5 |
0.2 |
|
|
碳纤维复合材料 |
高强度型 |
1.5 |
1400 |
130000 |
9.3 |
0.87 |
|
高模量型 |
1.6 |
1100 |
190000 |
6.2 |
1.2 |
|
2. 耐久性
碳纤维复合材料主要由碳纤维丝束和树脂材料组成，碳元素化学性质稳定，无需进行表面防腐处理，其耐候性及耐老化性极好，寿命一般为钢材的2-3倍。采用CFRP材料生产的功能性零部件的疲劳强度也远高于钢材。
3. 安全性
碳纤维复合材料的抗拉强度一般都3500Mpa以上，是普通钢材的5倍，由碳纤维材料制作的驾驶舱在碰撞中变形极小，可有效保护驾乘者的生存空间。经特殊编织的碰撞吸能结构在高速碰撞中碎裂为较小的碎片，吸收大量撞击能量（能量吸收性为一般钢材的3倍以上），能有效提高车辆被动安全。
图 碳纤维复合材料与其他材料的能量吸收率对比
图 碳纤维汽车碰撞试验
4. 美观性
表面只喷涂一层清漆，可以清晰的看见内部的碳纤维丝束经纬或者斜线交叉排列，显得致密规整。将碳纤维复合材质应用到车尾扰流板，后视镜，车顶，仪表板，副仪表板，门芯板和方向盘等可视化较高的零部件上，营造出车辆科技运动的视觉效果。
二、碳纤维复合材料在汽车六个方面的应用
目前，碳纤维复合材料在汽车车体和零部件中都得到了广泛应用。如：汽车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等等。下图为碳纤维复合材料（CFPR）在汽车零部件中的应用情况：
图 碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用情况
1. 碳纤维在汽车车身中的应用
碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身减轻质量40%～60%，相当于钢结构质量的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，而钢制车身质量为368kg，减重约50%。目前赛车和部分改装车大多选用碳纤维复合材料车身，在降低重量的同时，因复合材料碰撞时减少了碎片的产生，从而提高了安全性。
应用实例：
-
宝马i3碳纤维座舱减重50%
-
通用超轻概念车采用碳纤维车身和底盘减重68%
-
斯巴鲁WRX STItS采用CFRP车顶，相比钢板减重80%
图 斯巴鲁 WRX STI
2. 碳纤维在汽车轮毂中的应用
作为保证汽车行驶安全的重要部件之一，轮毂不仅要承受整车重量和载重，还要传递驱动和扭矩。这对汽车轮毂的质量要求极高。汽车轮毂要具有较高的强度和抗冲击性，较好的耐热和导热性以及较好的耐久性和安全性。碳纤维复合材料具有优异的力学性能、耐热性和耐久性，可替代金属作为轮毂材料。同时，碳纤维材料的使用使得轮毂质量得到降低，有助于减少车轮转动惯量，使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。
应用实例：
-
福特新一代野马Shelby GT350R配备了碳纤维轮毂。其重量仅为8.6kg，而一般铝合金轮毂重量要达到15kg。
-
瑞典柯尼赛格的Agera车型整个轮毂上除了轮胎气门嘴，其余部件均为碳纤维打造。在降低约20kg的簧下质量的同时，还保证了坚固和安全。
图 碳纤维轮毂
3. 碳纤维在刹车系统中的应用
汽车制动器衬片主要使用石棉材料，制动时易摩擦产生高温，出现性能的热衰退，而产生的石棉粉尘有致癌危害。碳纤维复合材料的比强度高、耐磨性好、耐热性好，应用在汽车刹车片上，可作为石棉的替代品。碳纤维制动盘可以在50m内将车速由300KM/h降到50Km/h。碳纤维制动盘可承受2500℃的高温，且性能稳定。
应用实例：
Porsche AG等车采用碳纤维制动盘，能在50m内将车速从300km/h降到50km/h。
图 碳纤维刹车盘
4. 碳纤维在内外饰中的应用
碳纤维复合材料具有较好的强度、韧性、耐热性和耐老化性，可改善传统塑料制品脆性高、耐久性不好的缺点，作为汽车内饰材料使用。碳纤维复合材料还具有较高的强度和刚性、较好的抗冲击性，可作为金属材料的替代品运用于汽车外饰构件。同时，碳纤维复合材料具有较好的吸振效果，对撞击有较大的缓冲作用，且减少撞击碎片的产生，提高了安全性。此外，碳纤维内外饰材料的使用，除了达到汽车轻量化效果，还简化了零件制造工艺，降低了零件加工、装配、维修费用，降低生产成本。
应用实例：
-
宝马M4配备了碳纤维质地的前后保险杠。
-
改装版奔驰G50在外部套件、内外饰等多处使用碳纤维复合材料，在减重的同时动力也得到升级。
图 碳纤维内饰
5. 碳纤维在传动轴中的应用
汽车传动轴的受力情况比较复杂，尤其要承受很大的扭矩，对材料性能要求较高。碳纤维增强复合材料具有各向异性、比强度高和比模量相对较低的特点，替代金属材料作为传动轴可较好的满足使用需求。碳纤维传动轴不仅可减轻重量60%，而且具有更好的耐疲劳性和耐久性。
应用实例：
-
丰田86碳纤维传动轴仅5.53kg，减重50%。
-
兰博基尼第六元素概念车使用碳纤维活塞连杆取代钢制连接件，重量减轻40%-50%。
图 碳纤维传动轴
6. 碳纤维在进气系统中的应用
碳纤维复合材料作为汽车进气系统材料，一方面可减轻重量，达到轻量化的效果；另一方面，碳纤维材料易加工成各种曲面形状，且表面较为光滑，可有效提高进气效率。
应用实例：
-
福特FalconXR6 Sprint轿车采用100%碳纤维制造的进气系统。碳纤维进气管重235克，而塑料进气管则为438克。
-
宝马E82 135i配备的碳纤维高流量进气系统，使用高规格制程的双面碳纤维风箱与管路，可有效隔绝热源，提供了更稳定的冷空气来源，提升燃烧效率，释放高转速马力。
图 碳纤维进气歧管
三、碳纤维将对汽车行业带来革命性改变
碳纤维复合材料在汽车轻量化上的应用潜力巨大，拥有其他材料不可比拟的密度、比强度、比模量等全方位力学性能，成本、制造工艺及技术等主要瓶颈不断实现突破下，未来碳纤维复合材料将在汽车产业迎来飞速发展。尤其是新能源汽车将成为碳纤维应用突破，未来五年碳纤维在汽车工业将迎来巨大的市场需求。
图 对车用碳纤维市场的预测分析（来自：赛奥碳纤维）
碳纤维在汽车领域的应用比例将持续增长，其材料的特殊性必将对未来汽车行业带来革命性的改变。
生产过程：采用一体成型技术，新材料高度集成设计，减少零部件数量和模具数量，减少零部件连接等工序，缩短生产周期。特殊的成型工艺及连接工艺取代传统汽车制造的冲压、焊装工艺；
售后维修：“剪切式”维修，维修过程中将破损部件换上一个新的总成即可完成修复，避免了传统车辆维修中的“钣金”工艺；
整车结构：整车模块化程度更高。由目前的乘员舱模块向其它部件扩散，减少整车组成；
外观油漆：碳纤维特殊的外观颜色，对传统的油漆产业也会造成冲击，未来会针对碳纤维材料设计一系列新的油漆。
文章素材来自中国汽车材料网 作者：付正婷
图片素材来自互联网，艾邦高分子张先栋编辑
#标签#碳纤维,复合材料,汽车#
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