“黑色黄金”碳纤维，汽车轻量化之王？

碳纤维因其高强度、高模量、轻质、耐腐蚀等特性，被誉为汽车轻量化的“黑色黄金”。本文将带您深入了解碳纤维复合材料如何助力汽车更快、更舒适、更安全。首先，碳纤维是通过有机纤维经过热处理制得的高性能纤维，含碳量高达90%以上。碳纤维复合材料则是由碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合而成，具有优异的力学性能和耐候性。在汽车行业，碳纤维的关键技术包括低成本碳纤维技术、RTM成型技术和热压成型技术。这些技术可以降低成本、提高生产效率，实现大型复杂构件的一次成型。碳纤维复合材料在汽车轻量化领域具有显著优势：1. 密度小，强度高，可实现53%以上的轻量化效果，同时保证汽车安全系数。2. 韧性好，抗冲击性高，碰撞时吸收能量的能力是钢或铝的4-5倍，显著提高汽车碰撞安全性。3. 吸振能力强，抗振性能好，用于传动系统和发动机部件，提高乘坐舒适性。4. 耐热性高、抗腐蚀、耐摩擦力强，适用于制造刹车片等部件，具有竞争力。5. 耐久性、安全性、抗疲劳性能极佳，适用于制造轮毂等重要部件。总之，碳纤维复合材料凭借其轻质、高强度、耐腐蚀等特性，在汽车轻量化领域发挥着关键作用，是新能源汽车“瘦身革命”的领导者。碳纤维复合材料在汽车轻量化领域的应用，不仅实现了显著的减重效果，更在安全性、舒适性、耐久性等方面展现出独特优势。低成本碳纤维技术、RTM成型技术和热压成型技术的发展，为碳纤维在汽车行业的广泛应用提供了技术支撑。作为“黑色黄金”，碳纤维复合材料正引领着汽车轻量化的革命，为新能源汽车的发展注入新动力。

当前汽车轻量化成为行业内研究生产的重点，业界公认，CFRP(碳纤维增强复合材料)是目前解决新能源汽车减重的最好方法。

由于其具有高强度、高模量、轻质、耐腐蚀、综合性能优异等诸多优点，碳纤维的应用可使汽车减重30%～60%，被誉为“轻量化之王”，是新能源汽车“瘦身革命”的领导者，在汽车轻量化方面发挥着关键作用。

本文会带大家一起了解碳纤维复合材料是如何做到让汽车更快、更舒适、更安全，欢迎收藏与转发~

一.碳纤维复合材料究竟是什么

碳纤维

是通过有机纤维经过一系列热处理制得的纤维，具有高于90%无机高性能纤维的含碳量。

碳纤维复合材料

是由碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合而成的材料。

它是一种力学性能优异的新材料，既具有一般碳素材料耐磨擦、导电、导热等特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性。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。

近年来碳纤维复合材料在航空航天、飞机制造、汽车制造、轨道交通、医疗器械等领域也得到了广泛应用。

二.汽车行业的碳纤维关键技术

1.低成本碳纤维技术

通过在聚丙烯腈基碳纤维聚合过程中引入新单体的方式达到降低总成本的目的。

目前，可通过对PAN原丝进行预处理和改变预氧化过程中的工艺方法改进碳纤维生产过程。对PAN原丝进行预处理可分为化学方法和物理方法。

化学方法主要为采用高锰酸钾，苯甲酸等试剂对PAN进行化学改性，降低环化温度，提高预氧速度和降低成本；

物理方法主要为采用紫外线、电子束、X射线、γ射线。以化学与物理的方法进行处理，可以降低环化反应的激活能从而减少预氧化时间。

PAN基碳纤维制造成本组成图

2.RTM成型技术

RTM(树脂传递模塑成型技术)是复合材料液体模塑成型技术(LCM)的典型工艺之一。

RTM工艺流程十分简单，首先将碳纤维预成型织物放置于模具内，并在其中加入树脂液，通过加温固化的方法使树脂液处于凝固状态，即可脱模，从而得到碳纤维复合材料制件。

RTM工艺可以一次成型大型、复杂的构件，可设计性强，尺寸易于控制，表面质量高，生产周期短，可实现半自动化或自动化生产。

RTM成型工艺过程示意图

3.热压成型技术

热压成型工艺是在一定的温度与压力下，树脂基体发生熔融流动，重新浸渍纤维，从而制备一定形状的复合材料零件。

热压成型工艺具有较短的成型周期，易于实现自动化生产过程，可使用传统金属板料成形设备，同时适用于热塑性复合材料的低成本制造过程，对于碳纤维复合材料汽车零部件的高效成型具有广阔应用前景。

复合材料热压成型工艺过程示意图

三.碳纤维复合材料在汽车轻量化领域中的应用及优势

(1)密度小，强度高。

碳纤维复合材料用于汽车底盘及承力部件时，与钢制车身相比，轻量化效果达53%以上，在减轻车重的情况下并不损失车的强度和刚度，汽车安全系数能得到保证。

各种材料车身质量对比图

(2)韧性好，抗冲击性高。

碳纤维复合材料用于车身及其结构件时保证了车身及其结构件碰撞时的安全性。碳纤维复合材料质量仅有钢的50%左右，在碰撞时吸收能量的能力却是钢或铝的4-5倍，使汽车碰撞安全性显著提高。

(3)吸振能力强，抗振性能好。

碳纤维复合材料用于汽车传动系统和发动机部件，具有良好的减振、隔音效果，提高了乘坐舒适性。

日本近几年开始在制造汽车涡轮增压器压气机叶轮时用碳纤维复合材料替代铝合金，将叶轮质量降低48%，从而使转子惯量降低，加速性能提高，极大缩短涡轮增压器的响应滞后问题。

(4)耐热性高、抗腐蚀、耐摩擦力强。

碳纤维复合材料应用于汽车刹车片时由于其稳定的摩擦系数(0.35-0.40)使得汽车制动过程平稳、耐热温度高达2500℃，不存在传统金属材料的热损耗问题，是制造刹车片理想的材料，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。

(5)耐久性，安全性，抗疲劳性能极佳

轮毂是汽车行驶的重要部件之一，它不仅承受整车的重量与载重，更承担着传递驱动和扭矩。碳纤维复合材料应用于汽车轮毂不仅可以满足车用轮毂的所有要求，在车辆轻量化方面更是表现出色。

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