我國碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用趨勢和建議.pdf

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1、材料科技與設(shè)備(雙月刊)我國碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用趨勢和建議2o15年·第3期我國碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用趨勢和建議黃碩，王亮，陳超(東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心非金屬材料室，湖北武漢400056)摘要：本文介紹了碳纖維復(fù)合材料的性能及應(yīng)用，提出采用大絲柬碳纖維材料作為原絲材料將成為我國碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在汽車行業(yè)的重要發(fā)展趨勢，并且介紹了碳纖維復(fù)合材料的主要成型工藝及國內(nèi)外的應(yīng)用。通過分析國內(nèi)外碳纖維行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和國家政策，對我國汽車工業(yè)應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料提出了建議。碳纖維復(fù)合材料用于汽車工業(yè)可有效減輕汽車質(zhì)量、提高燃油經(jīng)濟(jì)性，具有廣闊

2、的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：碳纖維；復(fù)合材料；汽車行業(yè)；應(yīng)用中圖分類號lTB33文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A發(fā)周期；提高耐沖擊和安全性?。0引言l汽車用碳纖維碳纖維具有低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、高振動衰減性、低熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、電磁屏1_1碳纖維簡介蔽性、紡織加工性好等特性?。正是基于這些優(yōu)異性能，碳纖維不僅具有元素碳的各種優(yōu)良性能，還具備纖維碳纖維可作為樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維以增強(qiáng)高分子材的柔曲性，可編織加工和纏繞成型。碳纖維最優(yōu)良的性能料，組成高性能樹脂基復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料的用途是比強(qiáng)度和比模量遠(yuǎn)超其他的增強(qiáng)纖維，它和高聚物形成開

3、發(fā)及需求正日益擴(kuò)大，預(yù)計年增長率約為15l2j。碳纖的高聚物復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量可達(dá)鋼和鋁合金的3維復(fù)合材料用于汽車工業(yè)，能夠減輕汽車質(zhì)量、提高燃油倍。表1是按主要性能特點分類的碳纖維的一些特性經(jīng)濟(jì)性，耐腐蝕性和耐化學(xué)藥品性優(yōu)良；且其制件具有可參數(shù)。設(shè)計性強(qiáng)和一體化等優(yōu)點，從而可降低制造成本、縮短開表1碳纖維特性參數(shù)1．2大、小絲束碳纖維對比2014年日本東麗集團(tuán)收購了美國卓爾泰克，而卓爾泰克曾碳纖維可通過碳化聚丙烯腈纖維(PAN)、瀝青纖維、是大絲束碳纖維的生產(chǎn)代表，其生產(chǎn)的大絲束連續(xù)碳纖維粘膠絲或酚醛纖維而制得，其中，目前碳纖維的主

4、要種類產(chǎn)品PANEX33在民用碳纖維市場份額較大。是PAN基碳纖維。而PAN基碳纖維又可分為大絲束和小與小絲束相比，大絲束碳纖維正逐漸受到航空業(yè)、民絲束碳纖維兩類。用工業(yè)以及汽車工業(yè)的重視，究其原因主要有以下兩點。小絲束碳纖維是指每束碳纖維的根數(shù)分別為1000、1．2．1原材料易得，價格低廉3000、6000、12000及24000，即1K、3K、6K、12K、研發(fā)與制備碳纖維，最核心的是原絲的來源與生產(chǎn)技24K。小絲束碳纖維在工藝控制上要求嚴(yán)格，碳化等設(shè)備術(shù)。小絲束碳纖維的原絲一般為特種聚丙烯晴，其工藝和造價很高，且其性能普遍優(yōu)于大絲束碳

5、纖維。從發(fā)展之初原料被高度保密，不在市場上流通。而用于制備大絲束碳開始，小絲束碳纖維多用于航空工業(yè)，而東麗公司生產(chǎn)的纖維的原絲屬于民用PAN絲，可自由購買于國外商品市牌號為T300的小絲束碳纖維是開發(fā)較早、應(yīng)用較廣的小絲束碳纖維。場，不受封鎖和控制。另外，大絲束碳纖維生產(chǎn)成本低，每束含纖維根數(shù)在48000以上的碳纖維被稱為大絲柬主要生產(chǎn)成本來源于原絲價格，而民用級PAN絲價格只有碳纖維。美國以及歐洲是大絲束碳纖維的主要產(chǎn)地。最近特種原絲的五分之一_5]，因此大絲束碳纖維的售價也只幾年，日本也慢慢開始注重大絲束碳纖維的研發(fā)與生產(chǎn)，有小絲束的3

6、O左右。*作者簡介：黃碩(1987一)，男，初級工程師，主要從事汽車非金屬材料研究與應(yīng)用方面的工作。E-mail：huangshuo@dfmc．corn．elhttp

7、R．cmasteq．~om·59·2015年·第3期技術(shù)與研究材料綜述究基礎(chǔ)薄弱等。國產(chǎn)原絲不僅強(qiáng)度低，而且CV(強(qiáng)度離散提升，在實戰(zhàn)中推進(jìn)我國汽車碳纖復(fù)材成型工藝水平，并完系數(shù))值大，很難生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)碳纖維[1。在設(shè)善相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的建立等，才能推動碳纖維在我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)計方面，汽車零部件采用碳纖維復(fù)合材料還需要借鑒國外已展和應(yīng)用。實現(xiàn)應(yīng)用案例的設(shè)計方案，針對不同載荷、

8、工況進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計和鋪層設(shè)計及應(yīng)力分析，才能充分發(fā)揮碳5結(jié)束語纖維復(fù)合材料所具有的質(zhì)量輕強(qiáng)度高的特性，滿足其在汽車輕量化、節(jié)能以及安全環(huán)保是我國汽車行業(yè)的必然發(fā)展行業(yè)的應(yīng)用需求。因此，要推進(jìn)碳纖維復(fù)合材料在汽車上的趨勢，應(yīng)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料替代金屬材料是實現(xiàn)上述目應(yīng)用，筆者提出以下建議：標(biāo)的有效途徑之一。國內(nèi)碳纖維復(fù)合材料業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇，迎1)找準(zhǔn)發(fā)展方向一一大絲束碳纖維成本低、原料易得，接挑戰(zhàn)，推進(jìn)碳纖維復(fù)合材料在汽車產(chǎn)業(yè)的廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)品穩(wěn)定性高，符合汽車工業(yè)的需求。因此在汽車工業(yè)應(yīng)用方面，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)應(yīng)重點發(fā)展大絲束碳纖

9、維，掌握并提參考文獻(xiàn)：高大絲束碳纖維生產(chǎn)技術(shù)以及大絲束碳纖維成型工藝。[1]蘇小萍．碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．高科技纖2)抓住機(jī)遇，整合資源，調(diào)整結(jié)構(gòu)——國家已經(jīng)在戰(zhàn)維