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碳纖維，讓汽車輕量化，節(jié)能減排降噪安全性超強(qiáng)
2016年11月10日
一、碳纖維從何而來？
歷史上，重量級人物總有“高大上”的故事作為出場，碳纖維也不例外，那就是人盡皆知的愛迪生發(fā)明電燈泡故事。1861年，愛迪生讓碳絲作為燈絲材料成功發(fā)光45小時，使人進(jìn)入電燈時代，碳絲也第一次登上了歷史舞臺。
不過，隨著燈泡中碳絲被鎢絲替代，碳絲被歷史丟在角落近一個世紀(jì)。直至1950年代，碳絲再次粉墨登場，美國空軍由于要尋找耐燒熔材料，獲知碳熔點(diǎn)高達(dá)3,600度，并擁有耐高溫、高強(qiáng)度特性，將碳絲再次請進(jìn)實(shí)驗室，并發(fā)明了一個吊炸天的名字：碳纖維。隨后，經(jīng)過不斷研發(fā)和改進(jìn)，碳纖維“外柔內(nèi)剛”的獨(dú)特優(yōu)勢得到充分展示。
碳纖維質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并具有耐腐蝕、高模量特性。因此，碳纖維最先被應(yīng)用于軍用飛機(jī)、航天器等領(lǐng)域，比如美軍F-35戰(zhàn)斗機(jī)；后來又在波音787等民用飛機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉扇、豪華游艇、醫(yī)療衛(wèi)生、休閑體育用品等諸多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。
二、碳纖維在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著科技的進(jìn)步，一些新技術(shù)、新材料逐漸應(yīng)用到了汽車領(lǐng)域，并對汽車工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，其中碳纖維材料在汽車上的應(yīng)用最為典型。
1、碳纖維給汽車制造帶來的突出優(yōu)勢
輕量化
碳纖維應(yīng)用于汽車后，給汽車制造帶來最明顯的好處就是汽車輕量化，最直接影響的就是節(jié)能、加速、制動性能的提升。一般而言，車重減小10％，油耗降低6％～8％，排放降低5～6%,0-100km/h加速性提升8-10%，制動距離縮短2～7m。
安全性
車身輕量化可以使整車的重心下移，提升了汽車操縱穩(wěn)定性，車輛的運(yùn)行將更加安全、穩(wěn)定。碳纖維復(fù)合材料具有極佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是鋼的六到七倍、鋁的三到四倍，這進(jìn)一步保證了汽車的安全性。
舒適度
碳纖維復(fù)合材料具有更高的震動阻尼，輕合金需要9秒才能停止震動，碳纖維復(fù)合材料2秒就能停止，故碳纖維應(yīng)用在汽車上，對于整車NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）的提升貢獻(xiàn)同樣很大，會大幅增強(qiáng)汽車行駛的舒適性。
可靠性
碳纖維復(fù)合材料具有更高的疲勞強(qiáng)度，鋼和鋁的疲勞強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的30-50%，而碳纖維復(fù)合材料可達(dá)70-80%，因此汽車上應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料對于材料疲勞可靠性有較大提升。
提升車身開發(fā)水平
由于碳纖維復(fù)合材料可設(shè)計性比金屬強(qiáng)，因此更易于車身開發(fā)的平臺化、模塊化、集成化。這樣碳纖維車身及金屬平臺的混合車身結(jié)構(gòu)對于傳統(tǒng)汽車車身結(jié)構(gòu)而言，可以做到模塊化、集成化，大大減少零件種類，減少工裝投入，縮短開發(fā)周期。
尤其對于新入新能源汽車企業(yè)，應(yīng)用碳纖維車身不僅可以節(jié)約沖壓、焊裝生產(chǎn)線及模、夾具的投入，減輕固定資產(chǎn)占資配比，優(yōu)化企業(yè)資產(chǎn)配置結(jié)構(gòu)，而且在企業(yè)的市場宣傳上更具影響力。
2、中國碳纖維行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)
雖然碳纖維材料優(yōu)點(diǎn)很多，但其核心技術(shù)卻被牢牢掌控在少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中。一方面，美日韓德等發(fā)達(dá)國家對該技術(shù)嚴(yán)格保密；另一方面，國外碳纖維行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)開始進(jìn)入中國市場，中國本土碳纖維企業(yè)壓力大增。
中國對碳纖維的研究開始于20世紀(jì)60年代，80年代開始研究高強(qiáng)型碳纖維，多年來進(jìn)展緩慢。進(jìn)入21世紀(jì)以來發(fā)展較快，特別是隨著中國汽車工業(yè)的崛起，碳纖維材料的研發(fā)、應(yīng)用都得到了長足發(fā)展，并快速成長。
同時，碳纖維在汽車行業(yè)也面臨諸多挑戰(zhàn)。一是工藝復(fù)雜，主要采用熱壓罐,真空導(dǎo)入等傳統(tǒng)工藝，這種工藝生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)品造價高，無法滿足汽車大批量規(guī)?；a(chǎn)要求；二是成本相對高昂，碳纖維材料的價格是金屬材料的數(shù)倍，這不僅制約了其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，更是無形中拒低端或自主汽車品牌于千里之外；三是設(shè)計人才缺乏，且由于該技術(shù)之前較少在國內(nèi)應(yīng)用，所以從事過碳纖維量產(chǎn)部件設(shè)計的人才非常稀缺。
特別需要指出的是，碳纖維從基礎(chǔ)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)工藝選擇到生產(chǎn)出汽車零件是緊密相連的一個整體，每一個環(huán)節(jié)都是環(huán)環(huán)相扣。因此，這給碳纖維在汽車行業(yè)的發(fā)展建立了極高的技術(shù)壁壘，要求碳纖維制造企業(yè)必須具有極強(qiáng)的綜合實(shí)力。
內(nèi)容來源：中國汽車材料網(wǎng)
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