碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用

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1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）在汽車上的應(yīng)用XIAOXINGMA13761675752?isalenmara@163.com?www.sibenscomp.com(施工中）1.復(fù)材在汽車上應(yīng)用的歷史和發(fā)展：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP：CarbonFiberReinforcedPlastic），與傳統(tǒng)鋼材鋁合金材相比，具有高強(qiáng)度、高模量，從純材料密度角度（1.70～1.80g/cm3），可減重30%左右，同時(shí)具有相同的承力能力。這一材料體系在汽車上的應(yīng)用發(fā)展源自這一材料體系在民用航空領(lǐng)域的巨大成功。碳纖維復(fù)

2、材本身輕，耐腐蝕，疲勞壽命長，全周期維修成本低，一旦全體系供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)鏈成熟，在輕量化領(lǐng)域，骨架結(jié)構(gòu)承力結(jié)構(gòu)上基本可以替代鋼材和鋁合金。航空上至汽車工業(yè)領(lǐng)域碳纖維復(fù)材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大致如下：（國內(nèi)目前已有約40年的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化積累，汽車領(lǐng)域最近5年起步積累階段，但增長率高，每年20%）1953年，科爾維特第一次將玻璃纖維復(fù)合材料在汽車上試用[10]。1976年左右，國際商業(yè)化應(yīng)用于波音飛機(jī)B737的尾翼舵面、雷達(dá)罩、整流罩等次承力結(jié)構(gòu)；福特汽車公司試驗(yàn)，將其車身、框架等160個(gè)部件用碳纖維復(fù)合材料制造，結(jié)果整車減重33％，汽

3、油的利用率提高了44％，同時(shí)大大降低了振動(dòng)和噪音。國內(nèi)剛剛起步開始研發(fā)，北京航空材料研究院（621）、北京航空特種工藝研究院（625）、北航作為先驅(qū)；汽車無應(yīng)用；2000年左右，國際開始研發(fā)應(yīng)用于機(jī)身、機(jī)翼等主承力結(jié)構(gòu)；國內(nèi)科研成果向航空轉(zhuǎn)化，中航工業(yè)哈飛、沈飛、西飛為復(fù)材的首批試點(diǎn)單位，次承力結(jié)構(gòu)商業(yè)化應(yīng)用；汽車內(nèi)飾部分起步；2009年年底，國際波音B787首飛，復(fù)材結(jié)構(gòu)用量52%，飛機(jī)外表可見部分90%以上全部為碳纖維復(fù)合材料，碳纖維復(fù)材在飛機(jī)上的商業(yè)化應(yīng)用成熟；國內(nèi)哈飛復(fù)材生產(chǎn)線建設(shè)完成，其他主機(jī)廠開始大規(guī)模投入

4、興建復(fù)材生產(chǎn)線，碳纖維復(fù)材納入“十一五”、“十二五”發(fā)展規(guī)劃；私營企業(yè)紡織行業(yè)轉(zhuǎn)型，復(fù)材原材料、工裝配套陸續(xù)興建，國際貿(mào)易交易進(jìn)入增長期。但國際國內(nèi)，CFRP在汽車商業(yè)化領(lǐng)域的應(yīng)用基本上為零，主要是碳纖復(fù)材成本和生產(chǎn)效率難于與汽車匹配，碳纖原材料產(chǎn)量嚴(yán)重不足。2009年，國際汽車上，BMW輕量化研發(fā)方案確立，提出每車要減重100KG以上的目標(biāo)，提高燃油效率，排放減至7.5-12g/KM以下，美國提出30KM/升油的里程目標(biāo)；國際最大的碳纖維生產(chǎn)商日本東麗與Daimler公司簽訂協(xié)議，首先用于MercedesBenz車上

5、，該公司所有車型減重10%以上；[1]【2009年11月，寶馬與德國SGL集團(tuán)簽署協(xié)議，成立合資企業(yè)，致力于生產(chǎn)輕量電車和混合動(dòng)力車用碳纖維復(fù)合材料。2011年2月，奧迪與福伊特簽署協(xié)議，致力于實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的工業(yè)化量產(chǎn)。2011年10月，德戴姆勒和日本東麗合資建廠生產(chǎn)碳纖維強(qiáng)化塑料。2011年12月，通用汽車宣布與日本帝人公司簽署協(xié)議。2012年4月福特陶氏合作開發(fā)汽車用低成本碳纖維復(fù)合材料?！縖12]2015年，國際汽車，寶馬7系全碳車身獲“2015歐洲車身大獎(jiǎng)”[2][8]，車身減重130kg，批量化全

6、面開展，復(fù)材生產(chǎn)效率將發(fā)展以匹配汽車生產(chǎn)，2016年上市銷售。國內(nèi)復(fù)材，“十三五”、“中國制造2025”、“新材料新工藝”、“智能制造”均有提及。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）在汽車上的應(yīng)用Page22.汽車上有哪些部位采用復(fù)合材料？碳纖維復(fù)材應(yīng)用的車種包括賽車、跑車、轎車、客車、貨車、特種車輛等，部位包括受力骨架、車頂、底盤、側(cè)板、車門、帽罩、保險(xiǎn)杠、翼子板、輪轂、傳動(dòng)軸、板簧等。[1]碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）在汽車上的應(yīng)用Page3在寶馬汽車[11]中有三十多種零部件使用了碳纖維復(fù)合材料（CFRP

7、），分別有：車身、底盤、車頂、車門、頭蓋、引擎蓋、尾翼、壓尾翼、中控臺、裝飾條、儀表盤、傳動(dòng)軸、特殊動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、座椅、座椅套墊、前擴(kuò)散器、尾擾流板、后擴(kuò)散器、后視鏡外殼、懸掛臂、前唇、側(cè)裙、側(cè)格柵、車用箱包、導(dǎo)流罩、A柱、遮陽罩、散熱器面罩、側(cè)護(hù)板、低位踏板、副保險(xiǎn)杠等外部和車身、內(nèi)飾和外飾配件等系統(tǒng)。大眾XLSport混動(dòng)性能車也是采用的CFRP，即碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造的車身主體。從車身到發(fā)動(dòng)機(jī)，碳纖維復(fù)材正在逐步取代金屬材料。CFRP主要的應(yīng)用[3]有：發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的推桿、連桿、搖桿、水泵葉輪，傳動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)

8、軸、離合器片、加速裝置及其罩等，底盤系統(tǒng)中的懸置件、彈簧片、框架、散熱器等，車體上的車頂內(nèi)外襯、地板、側(cè)門等。碳纖維復(fù)材的整體化設(shè)計(jì)，可大幅度降低汽車自重達(dá)40～60％[1]。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）在汽車上的應(yīng)用Page4但由于碳纖維成本過高，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用有限[1]，僅在一些F1賽車、高級轎車、小