碳纤维复合材料在汽车工业中的应用

碳纤维复合材料用于汽车部件上不仅可以实现汽车轻量化，而且在安全性与乘用舒适性等方面也有很大提高，因此越来越受到汽车工业的重视，很多汽车制造商生产的豪华轿车（如通用、宝马、大众、奔驰、福特、奥迪、本田、日产等）几乎都开始试用或已经采用了各种碳纤维复合材料。

1） 碳纤维复合材料应用于汽车车身、底盘及承力部件，在保证安全性的同时具有十分明显的减重效果。在各种材料制造的车身中碳纤维复合材料是***轻的，尤其是与钢制车身相比，轻量化效果达53%以上。  

美国通用汽车公司1992年展出了由碳纤维复合材料制造车身的超轻概念车，车身质量为 191.0 kg，整车质量降低68%，节油40%。兰博基尼汽车2011年推出了Mucilage替代车型，该车采用了全碳纤维复合材料单壳体车身，质量仅有145.5 kg。目前，碳纤维复合材料制成的车身结构件已在德国宝马公司开发的Z-9和Z-22系列中大量采用。德国大众汽车公司的“2L车”CC1 研究项目，碳纤维复合材料用于车身的比例高达 45%。通用汽车公司采用碳纤维复合材料制成的 Chevrolet Corvette Z06纪念版轿车的发动机罩盖，质量仅9.3 kg。福特和保时捷的发动机罩也全部采用了碳纤维复合材料，在安全性不降低的前提下获得了极高的轻量化效果。

2003年，戴姆勒克莱斯勒公司研制的Dodge Viper跑车采用了碳纤维复合材料制造的挡板支架系统，每个支架质量仅1.93 kg，4个复合部件总重6.1 kg，与金属挡板支架系统相比，质量减轻了 18 kg，刚度提高了22%。此外，作为轻质高强材料，碳纤维复合材料也可应用在高强度承力结构件上，如碳纤维承重架、减振弹簧叶片等。用碳纤维复合材料制造的板簧仅重14 kg，比钢制的轻 76%。根据世界铝业协会的报告，汽车质量每减少10%，油耗可降低6%~8%，排放减少5%~6%，每降低消耗1 L燃油，将减少2.45 kg的CO2排放量，可见在汽车上使用碳纤维复合材料，提高燃油经济性，节能环保的作用非常明显。

2）碳纤维复合材料振动衰减系数大，吸振能力强，用于传动系统和发动机部件，不仅能减轻车的质量，还可以减少振动、降低噪声，从而增加乘坐舒适度。奥迪Quattro系列、日本尼桑GTR和 Fairladyz车型、阿斯顿·马丁V8 Vantage Coupe车型和Mazda RX-8车型上已大量使用了碳纤维复合材料制造的传动轴。基于碳纤维复合材料在可靠性、耐久性和强度等方面的优点，日本近年开始在制造汽车涡轮增压器压气机叶轮时用其替代铝合金，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，对碳纤维进行表面处理，大幅提高了碳纤维复合材料的强度，为在发动机中应用碳纤维复合材料提供了很好的借鉴。

3）与金属材料相比，采用碳纤维复合材料制造车身可以省去复杂的金属模具、冲压、焊接及喷涂投资，综合生产成本要降低很多。根据MSL的研究成果，在一定产量之内的汽车（低于2万辆），使用树脂传递模塑成型（RTM）生产的碳纤维复合材料车身比金属工艺的车身综合成本低，说明了小批量生产时碳纤维复合材料用于车身的经济优势，因此其在未来环保车型的开发中具有较强的竞争力和良好的社会效益。

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