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碳纤维材料应用在汽车轻量化,引发大品牌车企竞相追逐

 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?

碳纤维复合材料在汽车上应用的四大优点

01 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。

02 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。

03 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。

04 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。

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:

01 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。

02 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。

03 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。

04 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。

05 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。

06  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。

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。

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