碳纤维助力汽车轻量化
提速汽车轻量化从碳纤维复合材料突破
在德国 ， 每年人 均要 使用 大约 ７ ０ 个塑料 购物 袋 ， 而整个
欧洲 的这一平 均数字 高达 ２ ０ ０个 。每年全世 界要生 产十亿
保障 ， 计划建立一个商业规模 的 Ｐ Ｂ Ｔ树脂生产装置 。
（ 中 国 色母 粒 网 ）
英 国研 究人员 开发 出聚 乙烯 降解 添加 剂
英国研究人员 已开发 出一种 聚乙烯 添加 剂 ， 能分解各 种
包装 ， 包括塑料袋 。
对 于保 护环境 ， 以及对零售 贸易和消费者来 说都 是有益的 。 （ 中国聚合物 网）
总部位 于伦 敦 的聚合 物技术 提供 商 Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｅ ｎ ｚ ｙ ｍｅ
个塑料袋 。基 本上 ， 使用此类 塑料袋 ， 比如 农业用 塑料膜 或
到 了严 重的污染 。在海洋 里 的塑料垃圾规 模 已经 相 当于整 个中欧的 国土面积 了。
步。而我 国还徘徊在 第一 步与第二步 之间 ， 单车用 塑料量 、
以塑代 钢 比例均 低于欧洲 、 美国、 日本 等 国家 和地 区。我国
汽车尤其 国产 自主品牌车要在 单车用 塑料量指标 上赶超 世
据该 公司称 ， 当含有 Ｅ ｎ ｚ ｙ ｍｏ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ 的塑料袋接 触微生物 时， 即可触发 自体 的分解 过程 。 微生 物首先 吞噬蛋 白质 ， 破 坏 聚合物链 。它们激 活酶 ，
将酶作 为催 化剂 并加快分 解过 程。过 了数 月后就 只 留下 水 和二氧化 碳 了。利用 Ｅ ｎ ｚ ｙ ｍｏ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ 可谓是一个 重大 的进步 ，
牛克忠 ， 等： Ｂ柱上装饰板 塑料 内饰件 Ｃ Ａ Ｅ分析及工艺优化设计
碳纤维复合材料在轻量化的应用和前景
碳纤维复合材料在轻量化的应用和前景摘要：碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量特种纤维，但几乎所有的碳纤维都将进一步加工成复合材料以供终端使用。
碳纤维复合材料是以碳纤维为增强材料，以树脂、金属、陶瓷等作为基体材料，经过复合成型制成的结构材料，与传统的金属材料相比，其具有密度小、比强度／比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳、耐高温、便于设计、易于大面积整体成型加工等优点。
目前，碳纤维复合材料在我国的各个领域得到了广泛应用，基于此，文章对碳纤维复合材料在轻量化的应用于发展前景进行了研究，以供参考。
关键词：碳纤维复合材料；轻量化；应用研究1不同型号碳纤维对比碳纤维作为具有优越性质的复合材料之一，其具备高强度、高模量、耐腐蚀等性能，在军用及民用等方面均具有广阔的发展前景。
但由于国外碳纤维的研究起步较早，同时又受到来自美国、日本等国家的技术垄断，导致我国的碳纤维生产技术相对落后。
近年来，我国在碳纤维生产方面投入了大量资金，生产技术与研发等方面已取得阶段性成果。
本文分别选取了T700级碳纤维、T800级碳纤维和东丽T700级碳纤维对其性能进行对比研究。
1.1.T700级碳纤维国产T700级碳纤维表面相对粗糙，有颗粒依附，沟槽结构多，粗糙度较高，虽然有利于树脂基体之间浸润性的提高，但可能会降低产品性能的稳定性;表面氧碳含量较高有利于与树脂基体的结合;界面剪切强度与层间剪切强度相对较高，与进口碳纤维的力学特性不相上下;产品价格低于进口碳纤维，较高的性价比有利于提升其在碳纤维市场的竞争力。
1.1.T800级碳纤维国产T800级碳纤维表面较为光滑，沟槽结构浅而细，凸起结构较少，产品性能较稳定;表面含氧量较高，能够有效提高表面的化学活性;可以表明:国产T800级碳纤维界面剪切强度、拉伸强度相对较高，其具有良好的力学性能。
另一方面国产T800级碳纤维质量控制较稳定，与环氧树脂融合性较好。
1.3东丽T700级碳纤维东丽T700碳纤维分为T700S和T700G两种型号。
碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用研究
碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用研究碳纤维复合材料一直以来在航空航天、运动器材等领域有着广泛的应用，而随着新能源汽车的快速发展，碳纤维复合材料作为一种轻量化材料也逐渐开始在新能源汽车领域得到应用。
汽车轻量化是新能源汽车发展的重要方向之一，而碳纤维复合材料因其优异的性能特点，在新能源汽车中的应用前景备受关注。
通过对碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用进行深入研究，可以更好地探索其在汽车轻量化、节能减排等方面的作用，为新能源汽车行业的发展提供有力支持。
一、新能源汽车发展现状及碳纤维复合材料的应用需求新能源汽车是指采用非传统燃料作为动力的汽车，主要包括纯电动汽车、插电混合动力汽车和燃料电池汽车等。
随着环境污染日益加重和传统能源资源的逐渐枯竭，新能源汽车作为替代传统燃油汽车的环保选择，得到了各国相关部门和汽车制造商的高度重视。
在新能源汽车的发展过程中，轻量化技术被认为是提高能源利用率、增加续航里程、减少能耗排放的有效途径之一。
而碳纤维复合材料作为一种轻量化材料，具有高比强度、高模量、优异的耐腐蚀性和疲劳性能等优点，能够有效减轻汽车自重，提高汽车整体性能。
二、碳纤维复合材料在新能源汽车车身结构中的应用1.碳纤维复合材料在车身结构中的应用优势新能源汽车的车身结构对车辆的性能和安全性具有至关重要的影响，而传统的金属车身结构存在着重量较重、成本较高、制造复杂等问题。
碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体组成，具有轻质高强的特点，可以替代部分传统金属材料，有效降低车身自重，提高车辆整体性能。
此外，碳纤维复合材料还具有优异的抗腐蚀性和疲劳性能，延长了车身使用寿命，降低了维护成本。
2.碳纤维复合材料在车身结构中的具体应用在新能源汽车车身结构中，碳纤维复合材料通常应用于车身前部的防撞梁、车顶、车门、车盖等部位。
通过在这些部位使用碳纤维复合材料，可以有效减轻车身自重，提高车辆的燃油经济性和续航里程，同时还能提高车身的抗撞击性能和安全性。
简述铝合金、碳纤维复合材料在汽车轻量化上的典型应用,举例说明。
简述铝合金、碳纤维复合材料在汽车轻量化上的典型应用,举例说明概述汽车轻量化是当前汽车工业发展的重要方向之一，通过采用轻量化材料可以减轻车身重量，提高燃油效率，减少尾气排放，增加整车的安全性能和驾驶舒适性。
本文将以铝合金和碳纤维复合材料为例，介绍它们在汽车轻量化领域的典型应用。
铝合金在汽车轻量化的应用铝合金是一种重要的轻量化材料，具有优异的机械性能和热传导性能，广泛应用于汽车制造中。
以下是铝合金在汽车轻量化上的典型应用：车身结构现代汽车的车身结构通常采用多种材料的组合，其中包括铝合金。
铝合金的低密度和高强度使其成为替代钢材的理想选择，可以减轻整车重量并提高燃油效率。
同时，铝合金车身结构具有良好的抗冲击性和扭曲刚度，提高了整车的安全性能。
发动机部件铝合金也广泛应用于汽车发动机的各个部件，如缸体、曲轴箱和散热器等。
铝合金发动机部件具有较低的自重和良好的热传导性能，可有效降低发动机的工作温度，提高动力系统的效率和可靠性。
悬挂系统汽车悬挂系统的组件中常使用铝合金材料，如减震器底座、悬挂臂和转向节等。
与传统的钢材相比，铝合金材料具有更好的强度重量比，可以减轻悬挂系统的重量，提高悬挂系统的响应速度和行驶稳定性。
碳纤维复合材料在汽车轻量化的应用碳纤维复合材料是一种高强度、轻质的材料，由碳纤维与树脂等复合而成。
它具有优良的机械性能、抗腐蚀性和热稳定性，被广泛应用于汽车轻量化领域。
以下是碳纤维复合材料在汽车轻量化上的典型应用：车身组件碳纤维复合材料可以用于制造汽车车身的各个组件，如车顶、车门和车尾等。
由于碳纤维复合材料的高强度和优异的耐磨性，车身组件可以更轻、更坚固，提高整车的燃油效率和行驶稳定性。
刹车系统碳纤维复合材料广泛应用于高性能汽车的刹车系统中，如刹车盘和刹车片。
碳纤维刹车盘具有更好的散热性能和耐高温性能，减少了制动时的热膨胀问题，提高了刹车性能和使用寿命。
轮毂碳纤维复合材料也可以用于制造轮毂，代替传统的铝合金轮毂。
碳纤维复合材料的介绍
碳纤维复合材料的介绍碳纤维复合材料是一种由碳纤维和基体树脂组成的复合材料。
碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，具有轻质、耐热、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
碳纤维复合材料的制备过程主要包括纤维预处理、树脂浸渍、层压成型等步骤。
首先，碳纤维要经过预处理，包括去除杂质、改善表面粗糙度等工艺，以提高纤维与树脂的粘结力。
然后，将预处理后的碳纤维放置在树脂浸渍装置中，通过真空或压力使树脂浸润纤维，形成树脂基体。
最后，将浸润树脂的碳纤维层叠在一起，并经过热压或压力固化，形成最终的碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料具有许多优点。
首先，它具有高强度和高模量的特性，比重量相同的金属材料强度更高。
其次，碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，不易受化学物质侵蚀。
此外，碳纤维还具有优异的热稳定性和耐高温性能，可以在高温环境下保持其强度和刚度。
此外，碳纤维复合材料还具有良好的电磁屏蔽性能和低热膨胀系数，适用于一些特殊领域的应用。
碳纤维复合材料广泛应用于航空航天领域。
由于其轻质高强的特性，能够减轻飞机的重量，提高燃油效率，降低碳排放。
同时，碳纤维复合材料还具有良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，能够提高飞机的使用寿命。
因此，在飞机结构中应用碳纤维复合材料可以提高飞机的性能和安全性。
在汽车领域，碳纤维复合材料也得到了广泛应用。
与传统的金属材料相比，碳纤维复合材料具有更低的密度和更高的强度，可以实现汽车的轻量化设计。
轻量化不仅可以提高汽车的燃油效率，减少尾气排放，还可以提高汽车的操控性能和舒适性。
此外，碳纤维复合材料还具有良好的吸能性能，能够提高汽车的碰撞安全性。
碳纤维复合材料还广泛应用于体育器材制造。
例如，高尔夫球杆、网球拍等体育器材常使用碳纤维复合材料制造。
由于碳纤维具有轻质高强的特性，可以使器材更轻便、更易于操作，提高运动员的竞技水平。
此外，碳纤维复合材料还具有良好的振动吸收性能，可以减少运动时的手部震动，减少运动损伤。
简述碳纤维材料的特点和应用
简述碳纤维材料的特点和应用
碳纤维是一种由碳纤维纤维组成的高强度材料，具有以下特点：
1. 轻质高强：碳纤维比钢轻四倍，比铝轻一半，但强度却比钢高五倍以上，比铝高两倍以上。
这使得碳纤维成为制造轻量化产品的理想材料。
2. 高刚性：碳纤维具有优异的刚性和弹性模量，可以有效抵抗变形和破裂。
这使得碳纤维成为高性能结构材料的首选。
3. 耐腐蚀性：碳纤维具有良好的耐腐蚀性，对酸碱和盐类等腐蚀介质具有较好的稳定性。
这使得碳纤维在化工、海洋等领域的应用得到了广泛推广。
4. 耐高温性：碳纤维可以耐受高温环境，能够在1200°C以上
的高温下稳定工作。
这使得碳纤维在航空航天、能源等领域的高温应用具有重要意义。
碳纤维材料广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：
1. 航空航天领域：碳纤维的轻质高强特性使其成为制造航空航天器、导弹和卫星等高性能结构件的重要材料。
2. 汽车工业：碳纤维的轻量化特性能够有效降低汽车整体重量，提高燃油经济性和减少尾气排放，因此在汽车制造领域得到广泛应用。
3. 体育器材领域：碳纤维制成的运动器材如高尔夫球杆、自行车、滑雪板等具有较轻的重量和高强度，能够提供更好的运动性能和驾驶体验。
4. 建筑领域：碳纤维可以用于加固和修复混凝土结构，提高建筑物的抗震性能和耐久性。
5. 医疗、医药领域：碳纤维可以制成医疗器械、人工骨骼等，具有良好的生物相容性和医用效果。
总之，碳纤维材料具有轻质高强、高刚性、耐腐蚀、耐高温等特点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑、医疗等多个领域。
汽车轻量化材料
汽车轻量化材料汽车轻量化材料是指用于减轻汽车整车重量的材料，在汽车制造中起着至关重要的作用。
随着能源短缺和环境污染的日益严重，汽车工业也越来越关注汽车轻量化技术的研究和应用。
下面我们来了解一些常见的轻量化材料。
1. 铝合金：铝合金是一种轻质、耐腐蚀的金属材料，广泛应用于汽车的制造中。
使用铝合金替代传统的钢铁材料可以显著减轻车辆的重量，提高燃油经济性。
此外，铝合金还具有优良的加工性能和可回收性，对于提高汽车的可持续性也起着重要作用。
2. 碳纤维复合材料：碳纤维复合材料是一种高强度、轻质的材料，由碳纤维和树脂基础材料组成。
它的密度只有钢的四分之一，但却具有比钢材更高的强度和刚度。
汽车使用碳纤维复合材料可以显著减少车身重量，提高车辆的性能和操控稳定性。
3. 高强度钢：高强度钢是一种具有较高强度和耐腐蚀性的钢材，可以用于替代传统的低碳钢。
相对于低碳钢，高强度钢的重量更轻，但具有更高的强度和刚度。
使用高强度钢可以减轻汽车重量，同时保证车身的安全性能。
4. 镁合金：镁合金是一种密度很低的金属材料，比铝还轻。
镁合金具有良好的强度和刚度，同时具有优异的耐腐蚀性能。
用镁合金制造汽车零部件可以显著减轻车辆的重量，提高燃油经济性。
5. 聚合物复合材料：聚合物复合材料是一种由纤维和树脂组成的材料，广泛应用于汽车的制造中。
聚合物复合材料具有良好的强度和刚性，而且重量轻，可以减轻汽车的重量，提高燃油经济性。
聚合物复合材料还具有优良的吸能性能，在碰撞事故中能够提供更好的保护。
总的来说，汽车轻量化材料对于提高汽车的燃油经济性、降低能源消耗、减少对环境的污染非常重要。
随着科技的不断发展和创新，轻量化材料将会得到更广泛和深入的应用，为汽车工业的可持续发展做出更大的贡献。
碳纤维在汽车轻量化中的应用
碳纤维在汽车轻量化中的应用作者：王俊峰马祥林张兴龙李超齐苏杰刘小利于浩来源：《新材料产业》 2015年第2期文/ 王俊峰马祥林张兴龙李超齐苏杰刘小利于浩河南永煤碳纤维有限公司据预测，到2020年我国汽车将突破1.5亿辆，年耗油量将突破2.5亿t。
我国汽车的二氧化碳（C O2）排放量大约占总排放量10%，再加上其他有害气体和颗粒物，汽车与环境之间的矛盾也在加剧。
汽车质量降低10%，燃油效率可提高约7%。
因此，面对节能减排和低碳的双重压力，汽车轻量化是解决我国汽车环保方面的有效途径之一。
目前，汽车轻量化主要是针对汽车结构、变速器、发动机、悬架、车身及其他附件设计，并使用轻质材料的方式实现。
实现汽车轻量化，力学性能优异的碳纤维被寄予厚望。
碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量大于90%，具有加工能耗低、轻质高强、耐腐蚀、容易成型等优点，其成为汽车轻量化的理想材料。
一、碳纤维在汽车轻量化中的应用情况据美国相关咨询公司发布的数据，碳纤维复合材料应用在汽车中的比例显著提升。
2010 ～2017年，碳纤维复合材料年均增长率将达到31.5%。
预计2017年，全球汽车碳纤维复合材料将增长至7 885t。
目前，工厂与一级供应商、碳纤维制造商合作以制造可用的零部件。
德国赢创集团与美国江森自控有限公司、雅各布塑料以及东邦化学株式会社（以下简称“东邦”）研发碳纤维增强塑料材料（C F R P )；荷兰昙卡草坪集团与东丽株式会社（以下简称“东丽”）建立供应协议；东丽与戴姆勒股份公司研发奔驰CFRP部件。
宝马集团与碳纤维生产商西格里集团（以下简称“西格里”）投资1亿欧元对位于美国摩西湖的工厂进行扩建，碳纤维产量由3 000t/a提高到6 000t/a。
该项目生产的碳纤维将用于满足宝马i系列电动汽车市场，同时应用于2014年底上市的宝马7系车上，以减轻新型宝马自重并降低CO2的排放量。
目前，国外汽车利用碳纤维减重的案例已有不少。
美国道奇蝰蛇和2014款雪佛兰科尔维特使用碳纤维材料生产了发动机罩和其他部位，其中科尔维特计划实现产销量2万辆/年。
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碳纤维助力汽车轻量化
C H I N A F A W，T H E F I R S T C A R
2018/8
目录
C o n t e n t
一、轻量化背景与碳纤维复合材料性能特点
二、碳纤维复合材料的行业应用与新技术
三、一汽在碳纤维复合材料方面的技术开发工作
四、汽车行业对碳纤维的需求和展望
⏹我国汽车行业飞速发展，能源安全、节能减排成为汽车产业可持续发展面临的重要问题。
6.9
5
20162020
四阶段油耗法规：5L/100Km
☐2020年四阶段油耗达到5.0L/100km ☐2025年五阶段油耗预计4.0L/100km ☐预计减少CO 2排放约1.13亿吨
☐动力电池模块比能量达到300瓦时/公斤以上
《节能与新能源汽车产业发展规划》
《乘用车企业平均燃料消耗量》 2015年12月12日，各国在巴黎气候大会上通过《巴黎协定》，联合治理CO2排放问题。
我国承诺将于2030年左右，使二氧化碳排放达到峰值，并尽早实现。
中国CO 2排放量居世界首位，已经占到CO 2排放总量的20%以上，远高于其他国家。
各国全球CO 2排放量
汽车排放占全球CO2排放量25%，已经成为温室效应和环境污染重要来源之一。
全球CO 2排放量行业占比
《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》
☐“双积分”制度将加速汽车业向低油耗低碳排放发展
☐按照政策要求，国内所有年销量3万辆以上的汽车制造企业和汽车进口商都要满足平均燃料值积分和新能源汽车积分这两项积分政策
国家法规政策
环境压力与政策背景
⏹汽车轻量化对整车性能提升和为用户创造价值，都有着重要的意义。
⏹汽车轻量化，是汽车节能减排的关键手段，是企业满足国家法规的重要途径。
整车降重10%
油耗减少6-8%
排放减少6-7%
制动距离减少3-4%
加速时间减少6-8%
提高轮胎寿命7%
提高耐久性能提高操控性能
降低电池成本
☐降重100kg 后，可实现降油耗6-8%
☐底盘、传动系的旋转零件每降重1kg 的效果是其他零部件的5~10倍
乘用车：
降低油耗，增加CAFC 积分
新能源汽车：
提高续航，增加新能源积分
☐降重100kg ，相当于续航里程提升6-8%左右
☐降重100kg 后，可增加用户利润5000元
商用车：
降低油耗，增加经济效益
轻量化的现实意义
材料轻量化
•高强钢
•铝合金 •镁合金
•改性塑料及其纤维增强材料 •碳纤维复合材料
轻量化技术路径
汽车轻量化的三种技术路径
结构设计轻量化 •拓扑优化
•尺寸优化 •形状优化 •多学科优化
制造工艺创新
•内高压成型技术
•热冲压成型技术 •激光拼焊板技术 •微发泡技术
轻质高强
密度约为钢的1/5（ 1.5g/cm3 ）； 强度约1500~3000MPa （单向铺层）。
可设计性强、集成度高
调整纤维方向和铺层厚度以满足性能要求； 合理的拼搭接方式使得零件集成化。
抗疲劳性能优良 疲劳强度达到静载强度的70%-80%。
热膨胀系数低
热膨胀系数约为钢材的1/4。
不足
碳纤维复合材料性能特点
碳纤维复合材料将是汽车深度轻量化的理想材料！ [ 模量“低”]
为了保证刚度，往往造成过强度的设计！
[0/90/45/-45]S
[0]8
拉伸模量
单纤维单丝：
230GPa 左右
单向层合板：
120~140GPa 左右
准各向同性层合板：
60~80GPa 左右
优势
二、碳纤维复合材料的行业应用与新技术
宝马7系
三维编织预成型+HP-RTM成型（hollow），材料利用率＞90%
具备工业化批量生产的能力（6台编织机，每天供应部件＞500）
预成型件：[预浸料+干式环氧结构胶膜]
在B柱中模压成型，一步粘接固化。
自动化生产线，将UD预浸料转换成2D预成型件，
每天可生产多达500辆汽车的B柱预制件。
先进的量产制造工艺
•打造“Carbon Core”的钢铝碳混合车身结构，车身
中应用16个碳纤维部件，采用了4种不同成型工艺。