因為碳纖維復合材料對減輕汽車重量、提高車身強度、降低燃油消耗都起到了非常好的作用,所以一直受高端車型所寵愛。但因其制造成本過高,所以暫未能普及所有車型。那么碳纖維到底有哪些優(yōu)點呢?在汽車行業(yè)又有哪些應用呢? 一、碳纖維復合材料在汽車上應用的四大優(yōu)點 1. 輕量化
2. 耐久性 碳纖維復合材料主要由碳纖維絲束和樹脂材料組成,碳元素化學性質(zhì)穩(wěn)定,無需進行表面防腐處理,其耐候性及耐老化性極好,壽命一般為鋼材的2-3倍。采用CFRP材料生產(chǎn)的功能性零部件的疲勞強度也遠高于鋼材。 3. 安全性 碳纖維復合材料的抗拉強度一般都3500Mpa以上,是普通鋼材的5倍,由碳纖維材料制作的駕駛艙在碰撞中變形極小,可有效保護駕乘者的生存空間。經(jīng)特殊編織的碰撞吸能結構在高速碰撞中碎裂為較小的碎片,吸收大量撞擊能量(能量吸收性為一般鋼材的3倍以上),能有效提高車輛被動安全。 圖 碳纖維復合材料與其他材料的能量吸收率對比 圖 碳纖維汽車碰撞試驗 4. 美觀性 表面只噴涂一層清漆,可以清晰的看見內(nèi)部的碳纖維絲束經(jīng)緯或者斜線交叉排列,顯得致密規(guī)整。將碳纖維復合材質(zhì)應用到車尾擾流板,后視鏡,車頂,儀表板,副儀表板,門芯板和方向盤等可視化較高的零部件上,營造出車輛科技運動的視覺效果。 二、碳纖維復合材料在汽車六個方面的應用 目前,碳纖維復合材料在汽車車體和零部件中都得到了廣泛應用。如:汽車車身、內(nèi)外飾、底盤系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等等。下圖為碳纖維復合材料(CFPR)在汽車零部件中的應用情況: 圖 碳纖維復合材料在汽車零部件中的應用情況 1. 碳纖維在汽車車身中的應用 碳纖維增強聚合物基復合材料有足夠的強度和剛度,是制造汽車車身的最輕材料。預計碳纖維復合材料的應用可使汽車車身減輕質(zhì)量40%~60%,相當于鋼結構質(zhì)量的1/3~1/6。英國材料系統(tǒng)實驗室曾對碳纖維復合材料減重效果進行研究,結果表明,碳纖維增強聚合物材料車身重172kg,而鋼制車身質(zhì)量為368kg,減重約50%。目前賽車和部分改裝車大多選用碳纖維復合材料車身,在降低重量的同時,因復合材料碰撞時減少了碎片的產(chǎn)生,從而提高了安全性。 應用實例:
圖 斯巴魯 WRX STI 2. 碳纖維在汽車輪轂中的應用 作為保證汽車行駛安全的重要部件之一,輪轂不僅要承受整車重量和載重,還要傳遞驅(qū)動和扭矩。這對汽車輪轂的質(zhì)量要求極高。汽車輪轂要具有較高的強度和抗沖擊性,較好的耐熱和導熱性以及較好的耐久性和安全性。碳纖維復合材料具有優(yōu)異的力學性能、耐熱性和耐久性,可替代金屬作為輪轂材料。同時,碳纖維材料的使用使得輪轂質(zhì)量得到降低,有助于減少車輪轉動慣量,使車輛擁有更快的啟動、停止以及轉向速度。 應用實例:
圖 碳纖維輪轂 3. 碳纖維在剎車系統(tǒng)中的應用 汽車制動器襯片主要使用石棉材料,制動時易摩擦產(chǎn)生高溫,出現(xiàn)性能的熱衰退,而產(chǎn)生的石棉粉塵有致癌危害。碳纖維復合材料的比強度高、耐磨性好、耐熱性好,應用在汽車剎車片上,可作為石棉的替代品。碳纖維制動盤可以在50m內(nèi)將車速由300KM/h降到50Km/h。碳纖維制動盤可承受2500℃的高溫,且性能穩(wěn)定。 應用實例: Porsche AG等車采用碳纖維制動盤,能在50m內(nèi)將車速從300km/h降到50km/h。 圖 碳纖維剎車盤 4. 碳纖維在內(nèi)外飾中的應用 碳纖維復合材料具有較好的強度、韌性、耐熱性和耐老化性,可改善傳統(tǒng)塑料制品脆性高、耐久性不好的缺點,作為汽車內(nèi)飾材料使用。碳纖維復合材料還具有較高的強度和剛性、較好的抗沖擊性,可作為金屬材料的替代品運用于汽車外飾構件。同時,碳纖維復合材料具有較好的吸振效果,對撞擊有較大的緩沖作用,且減少撞擊碎片的產(chǎn)生,提高了安全性。此外,碳纖維內(nèi)外飾材料的使用,除了達到汽車輕量化效果,還簡化了零件制造工藝,降低了零件加工、裝配、維修費用,降低生產(chǎn)成本。 應用實例:
圖 碳纖維內(nèi)飾 5. 碳纖維在傳動軸中的應用 汽車傳動軸的受力情況比較復雜,尤其要承受很大的扭矩,對材料性能要求較高。碳纖維增強復合材料具有各向異性、比強度高和比模量相對較低的特點,替代金屬材料作為傳動軸可較好的滿足使用需求。碳纖維傳動軸不僅可減輕重量60%,而且具有更好的耐疲勞性和耐久性。 應用實例:
圖 碳纖維傳動軸 6. 碳纖維在進氣系統(tǒng)中的應用 碳纖維復合材料作為汽車進氣系統(tǒng)材料,一方面可減輕重量,達到輕量化的效果;另一方面,碳纖維材料易加工成各種曲面形狀,且表面較為光滑,可有效提高進氣效率。 應用實例:
圖 碳纖維進氣歧管 三、碳纖維將對汽車行業(yè)帶來革命性改變 碳纖維復合材料在汽車輕量化上的應用潛力巨大,擁有其他材料不可比擬的密度、比強度、比模量等全方位力學性能,成本、制造工藝及技術等主要瓶頸不斷實現(xiàn)突破下,未來碳纖維復合材料將在汽車產(chǎn)業(yè)迎來飛速發(fā)展。尤其是新能源汽車將成為碳纖維應用突破,未來五年碳纖維在汽車工業(yè)將迎來巨大的市場需求。 圖 對車用碳纖維市場的預測分析 碳纖維在汽車領域的應用比例將持續(xù)增長,其材料的特殊性必將對未來汽車行業(yè)帶來革命性的改變。 生產(chǎn)過程:采用一體成型技術,新材料高度集成設計,減少零部件數(shù)量和模具數(shù)量,減少零部件連接等工序,縮短生產(chǎn)周期。特殊的成型工藝及連接工藝取代傳統(tǒng)汽車制造的沖壓、焊裝工藝; 售后維修:“剪切式”維修,維修過程中將破損部件換上一個新的總成即可完成修復,避免了傳統(tǒng)車輛維修中的“鈑金”工藝; 整車結構:整車模塊化程度更高。由目前的乘員艙模塊向其它部件擴散,減少整車組成; 外觀油漆:碳纖維特殊的外觀顏色,對傳統(tǒng)的油漆產(chǎn)業(yè)也會造成沖擊,未來會針對碳纖維材料設計一系列新的油漆。 2017年,一覽眾咨詢將陸續(xù)發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈重點企業(yè)深度調(diào)研報告》。企業(yè)深度報告針對零部件細分市場,包括動力電池、電動系統(tǒng)、電機及驅(qū)動系統(tǒng)、充電環(huán)節(jié)、電子元器件等領域。 |
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