DT导读

新能源汽车被列入国家“十三五”规划，目前阻碍新能源汽车发展的主要因素是整车成本及整车质量等问题。为实现汽车轻量化，需替代原有钢制车身，碳纤维作为一种新型增强材料，在汽车轻量化的应用前景广阔。碳纤维作为增强材料和树脂基体复合而成的复合材料，优势明显，例如：低密度、高比强、高比模、耐疲劳性能好、耐腐蚀性能好、可设计性强、减震等。碳纤维复合材料可使车身质量降低60%以上，续驶里程提高25%以上，既降低了整车的质量及油耗，又不失轻便灵巧。

碳纤维在汽车轻量化中的应用

汽车的轻量化是通过优化汽车结构实现汽车零部件的轻量化。目前，汽车轻量化是碳纤维复合材料应用的主要发展趋势之一，其在汽车上的应用部件主要包括汽车车身、制动器衬片、燃料贮罐、座椅加热垫、传动轴、轮毂等部位，其次还包括汽车底盘、引擎盖、仪表盘、座椅、座椅套垫、导流罩、A柱等众多部位。

汽车车身

碳纤维复合材料车身刚度大、质量轻、防撞击能力强，零部件整合、安装成本低，避免了车身喷涂及环保处理的成本。英国材料实验室研究及宝马i3 新能源汽车应用均表明，碳纤维复合材料车身比钢制车身质量降低一半以上，大大提高了能源利用率; 美国CSP 公司生产的发动机罩中，结构面板采用碳纤维复合材料，使得发动机罩质量下降明显。

▲碳纤维车身

制动器衬片

以前主要使用的石棉摩擦材料不及碳纤维复合材料耐磨性能、耐热(最高耐热2 500℃) 性能优异，因此碳纤维复合材料逐渐替代石棉，被引入到汽车刹车片中。目前，碳纤维复合材料制动盘在赛车中的应用已较为广泛; 西格里公司生产的碳纤维-陶瓷制动盘装置，应用于PorscheAG、911Turbo GT和GT IIS车型。

▲碳纤维刹车片

传动轴

碳纤维传动轴能够减轻60% 的质量。由于碳纤维复合材料的各向异性及高比强等特性，使得传动轴具有更好的耐疲劳性和耐久性。丰田开发的The Driveshaft Shop 碳纤传动轴不仅质量减少了一半，且传动效率更快; 英国GNK 公司研发了碳纤维传动轴广泛应用于Audi A4 等车型; 日本东丽公司生产的碳纤维汽车传动轴广泛应用于阿斯顿马丁、马自达、越野、奔驰等车型。

▲碳纤维传动轴

相同粗细的两根传动轴被放置在扭力机上进行试验，当扭力机施加的扭矩达到1376Nm时，金属传动轴明显变形。而碳纤维传动轴在扭矩达到4700Nm左右时才发生断裂。

轮毂

轮毂的轻量化可以减轻簧下质量，高效发挥轮胎滚动性，进一步提升整车性能。2008 年，日本Weds Sports公司首次使用了碳纤维轮毂； 2009年，澳大利亚Carbon Revolution公司推出全碳纤维轮毂; 此外，英国Kahm、英国DYMAG 等公司相继开发出了多款高性能的碳纤维复合材料轮毂产品。

▲保时捷推出的碳纤维轮毂

新点子；将能量存储在汽车车身中！

近日，瑞典查尔姆斯理工大学的一项研究表明：碳纤维可作为电池电极使用，直接存储能量。这项研究为结构电池带来了新的机遇。这种多功能材料将显著降低未来飞机与车辆的重量。

研究人员的愿景是车辆车身或者飞机机身的大部分由结构化的锂离子电池组成。多功能的碳纤维材料可作为电池电极以及承重材料。

▲应用于汽车上的结构型电池设想图

总结与展望

在国家政策的支持和引导下，新能源汽车的开发是必然趋势。由于碳纤维复合材料具有可塑性好、抗冲击能力强、刚度高且轻量等优点，是汽车降低油耗，减少排放，提高新能源汽车续航里程最有效途径之一。碳纤维复合材料作为新能源汽车的重要组成部分，在减重的同时又能保持较高强力，发展前景极其广阔。但是，碳纤维复合材料应用于汽车轻量化时，存在成本高、质量不稳定、量产困难、复合材料成形工艺周期长、组件尺寸大等问题。因此，克服这些问题，既是碳纤维产业发展的关键，也是碳纤维复合材料应用于汽车轻量化的研发方向。