碳纤维增强复合材料的乘用车轻量化应用
汽车轻量化技术(PPT课件
显著提高材料的强度和硬度，同时保持良好的韧性，有利于实现 车身的轻量化。
应用范围
保险杠、A/B柱、车门防撞梁等安全件。
内高压成型技术
技术原理
利用液体介质在密闭模具内施加 高压，使管材发生塑性变形并贴 合模具内壁，从而得到所需形状 和尺寸的空心构件。
优点
减少零件数量、减轻重量、降低 成本、提高生产效率等。
镁合金零部件
在发动机、变速器等部 件中使用镁合金，实现 轻量化。
塑料油箱
采用塑料油箱替代传统 金属油箱，降低重量并 提高安全性。
底盘系统轻量化应用案例
铝合金车架
利用铝合金材料制造车架，降低底盘系统重量。
高强度钢悬挂系统
采用高强度钢材制造悬挂系统部件，实现轻量化的同时保证性能。
碳纤维复合材料轮毂
采用碳纤维复合材料制造轮毂，显著降低重量并提高强度。
轻量化技术是汽车节能减排的重要手 段之一，也是未来汽车发展的重要方 向。
轻量化技术的分类
材料轻量化技术
采用高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等轻质材料，降低汽车 质量。
设计轻量化技术
通过结构优化、拓扑优化等设计手段，实现汽车轻量化。
制造工艺轻量化技术
采用先进的制造工艺，如激光焊接、热成型等，降低汽车质量。
汽车轻量化技术ppt课件
目录
• 引言 • 汽车轻量化技术概述 • 轻量化材料技术 • 轻量化设计技术 • 轻量化制造技术 • 轻量化技术的应用与案例分析
01 引言
轻量化技术的重要性
提高燃油经济性
推动新能源汽车发展
汽车轻量化可以降低车身质量，从而 减少燃油消耗和二氧化碳排放，提高 燃油经济性。
轻量化技术对于电动汽车尤为重要， 可以降低电池负荷，提高续航里程和 电池寿命。
碳纤维复合材料的成型工艺
碳纤维复合材料的成型工艺一、碳纤维复合材料概述碳纤维复合材料是一种由碳纤维增强体和树脂基体组成的新型高性能材料。
它以其轻质、高强度、高刚度、耐疲劳、耐腐蚀等优异性能，在航空航天、汽车制造、体育器材、建筑结构等领域得到了广泛的应用。
本文将探讨碳纤维复合材料的成型工艺，分析其重要性、挑战以及实现途径。
1.1 碳纤维复合材料的特点碳纤维复合材料的特点主要包括以下几个方面：- 轻质高强：碳纤维具有很高的比强度和比模量，使得复合材料在保持轻质的同时，具有很高的承载能力。
- 高刚度：碳纤维复合材料的刚度远高于传统材料，可以提供更好的结构稳定性。
- 耐疲劳：碳纤维复合材料具有优异的耐疲劳性能，适用于承受反复循环载荷的应用。
- 耐腐蚀：碳纤维复合材料对多种腐蚀性介质具有很好的抵抗力，适用于恶劣环境。
1.2 碳纤维复合材料的应用领域碳纤维复合材料的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 航空航天：用于飞机结构、发动机部件等，以减轻重量、提高性能。
- 汽车制造：用于车身、底盘等部件，以提高燃油效率和车辆性能。
- 体育器材：用于自行车、网球拍、高尔夫球杆等，以提供更好的运动性能。
- 建筑结构：用于桥梁、高层建筑等，以提高结构的承载能力和耐久性。
二、碳纤维复合材料的成型工艺碳纤维复合材料的成型工艺是实现其优异性能的关键环节。
不同的成型工艺会影响材料的性能和应用范围。
2.1 预浸料成型工艺预浸料成型工艺是一种常用的碳纤维复合材料成型方法。
该工艺首先将碳纤维与树脂基体预先混合，形成预浸料，然后在模具上铺设预浸料，通过热压或真空袋压等方法固化成型。
预浸料成型工艺具有成型效率高、产品质量好等优点。
2.2 树脂传递模塑成型工艺树脂传递模塑（RTM）成型工艺是一种先进的复合材料成型技术。
该工艺通过将树脂注入闭合模具中，使树脂在模具内流动并浸润碳纤维，最终固化成型。
RTM工艺可以实现复杂形状的制品成型，且具有较低的生产成本。
2023年碳纤维复合材料行业市场环境分析
2023年碳纤维复合材料行业市场环境分析随着全球经济的发展，在许多行业中，碳纤维复合材料（CFRP）已成为非常重要的材料。
CFRP由碳纤维和树脂基材料组合而成，具有轻量化、高强度、高耐腐蚀性、良好的疲劳性能和优异的刚度。
因此，它被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等领域。
市场环境分析：1. 消费者需求不断增长随着可持续发展的趋势，消费者对环保、节能、高品质的需求越来越高，这为CFRP 的广泛应用提供了机会。
例如，在汽车和航空领域，为了降低能耗、减少排放、提高性能，CFRP已经成为制造轻量化的重要解决方案。
2. 政策支持提高市场规模许多国家已经制定了政策鼓励以及对CFRP的发展进行了资金支持。
例如，美国能源部正在为汽车领域CFRP的研发提供3亿美元的资金支持，鼓励其广泛应用于汽车制造中。
这些政策和资金支持将进一步提高CFRP的市场规模。
3. 制造技术的发展加速了市场进程CFRP的制造技术越来越成熟，越来越多的公司在投入研发方面进行了重大投资。
例如，BMW、奥迪等汽车厂商已经投入数亿美元用于CFRP的生产，而NASA和空客等航天和航空公司也在持续大规模投入CFRP的研发和制造。
4. 市场竞争日趋激烈在CFRP的应用领域，竞争对手越来越多，市场竞争日趋激烈。
因此，企业必须通过提供高品质、低成本的产品来占领市场份额。
随着制造技术的不断进步，越来越多的企业将进入CFRP制造行业，从而进一步加剧市场竞争。
总之，CFRP在未来的市场环境中将继续保持强劲的增长态势，随着技术的不断进步和政策支持的增加，CFRP的应用领域将越来越广泛，并促进市场规模的持续扩大。
然而，企业必须不断提高产品品质、降低生产成本、强化市场竞争能力才能在市场中获得成功。
碳纤维复合材料研究进展及其应用
叶片蒙皮层,并将加热电缆安装在主轴的滑环上,不 仅
能消 除 叶 片 表 面 的 冰,还 可 以 提 高 设 备 的 发 电 效
率 [11-12]。
2
.2 高模量碳纤维复合材料在航空航天的应用
卫星技术的发展对提高国民经济及强大国 防 具 有
重要意义 [13-14]。卫星结构的材料性能是体现卫星技 术
强弱的主要方面。
问题愈加 明 显 [16]。 钢 结 构 的 各 种 损 伤 很 大 程 度 上 影
粘弹性,有 很 强 的 应 变 能 力,纤 维 填 充 直 径 较 小 的 材
响了海上平台的 稳 定 性,进 而 影 响 海 上 作 业 的 安 全 性
料,一般小于 10μm[6-7],缺 陷 相 对 较 小,坚 硬 但 脆 弱,
纺织科技进展
·2·
2023 年第 7 期
表 2 碳纤维复合材料的分类
分
类
特
点
高风力发电的 效 率。 当 气 温 在 零 摄 氏 度 以 下 时,若 空
应
用
航空 航 天 材 料、宇 宙 飞 行
树 脂 基 复 合 材 比重小、刚性好、强度高、耐 器外表面防热层以 及 火 箭
领域为树脂基碳 纤 维 复 合 材 料 最 大 需 求 端,需 求 占 比
达 50% 。在航空航天领 域,树 脂 基 碳 纤 维 复 合 材 料 常
用于制造 民 用 飞 机 发 动 机 罩、副 翼、阻 力 板 以 及 舱 门
等,能够达到减重效果。
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2
.4 碳纤维复合材料在汽车轻量化中的应用
照明功能,还需 要 满 足 人 们 对 光 环 境 的 视 觉 和 心 理 审
轨道交通车辆车体轻量化设计及应用
轨道交通车辆车体轻量化设计及应用郎艳杜晓杰王同曜葛永才李玉崙摘要：轨道交通车辆的发展已经进入了新的时代，新材料新技术的广泛应用，车辆的智能化、车体结构轻量化成为了设计的研究方向，引导轨道交通车辆向节能、环保、便捷方向发展。
关键词：轨道交通车辆；车体；轻量化；应用0引言轨道交通装备制造行业发展以国家政策为导向，明确发展方向。
轨道交通装备行业受到国家各主管部门产业政策的大力推动和支持，主管部门先后颁布:《增强制造业核心竞争三年行动计划（2018-2020）》、《中国制造2025》、《交通强国建设纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等产业政策，为轨道交通装备制造行业的发展提供了强有力的政策支持和优良的政策环境。
轨道交通装备行业发展方向为进一步打造具有国际竞争力的平台化、谱系化、智能化和绿色节能轨道交通产品。
开发现代轨道交通装备新一代高效节能技术，实现绿色智能轨道交通装备的工程应用。
研究车辆车体轻量化等技术，实现向低能耗、高性能、高可靠产品升级。
1整车能耗与重量分析1.1能耗与重量关系车辆的能耗主要由牵引净能耗和辅助能耗构成。
辅助能耗主要由空调能耗、照明能耗等组成。
牵引能耗与车辆重量有关，车辆重量重机械阻力必然大，所需牵引能量就多。
1.2分析整车重量占分析整车各系统重量分配情况，转向架重量整车占比最大约31%，其次为车体钢结构重量，占整车重量约24%，其他系统如车门、空调、内装系统等占比均不如车体钢结构的重量占比。
车体钢结构减重能够有效的实现整车减重目标，从而能够有效降低能耗。
经有关分析证明重量每降低1t,能耗降低约0.28%。
可见车体钢结构轻量化设计具有一定意义。
2车体轻量化设计2.1车体关键参数通常情况下车体钢结构采用整体承载的全焊接结构，主要由底架、侧墙、端墙、车顶和司机室(仅Tc车有)等六部分组成。
在同一列编组的车辆中不同车型的车体结构断面基本相同并能够满足车辆限界及设备安装接口的要求。
2024年碳纤维复合材料市场调查报告
2024年碳纤维复合材料市场调查报告引言碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）是一种具有轻质、高强度和高刚度的先进材料，由碳纤维和树脂组成。
碳纤维复合材料广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域，其市场前景广阔。
本报告将对碳纤维复合材料市场进行调查分析。
1. 市场概述碳纤维复合材料市场是一个不断增长的市场。
由于其优异的性能和广泛的应用领域，碳纤维复合材料在全球范围内受到了广泛的关注。
主要的市场驱动因素包括：•航空航天行业的发展促使对轻量化材料的需求增加。
•汽车工业对于燃油效率和环境友好性的要求推动了碳纤维复合材料的应用。
•体育器材制造商寻求通过使用碳纤维复合材料来提高产品性能。
•其他行业（如能源、建筑等）的需求也在不断增加。
2. 碳纤维复合材料的应用领域碳纤维复合材料在多个领域中有广泛的应用，包括但不限于：2.1 航空航天碳纤维复合材料在航空航天行业中的应用越来越广泛。
它的轻量化特性和高强度使得飞机更省油、更环保。
碳纤维复合材料被广泛用于飞机机身、翼面、尾翼等部件的制造。
2.2 汽车碳纤维复合材料在汽车制造中的应用也在不断增加。
通过使用碳纤维复合材料，汽车的重量可以减轻，从而提高燃油效率。
碳纤维复合材料被应用于车身、底盘、悬挂系统等部件的制造。
2.3 体育器材碳纤维复合材料在体育器材制造中有着广泛的应用。
使用碳纤维复合材料可以增加器材的强度和刚度，同时减轻重量。
碳纤维复合材料常被用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等。
3. 市场竞争情况碳纤维复合材料市场竞争激烈，存在着多家主要供应商。
其中一些供应商包括：•Toray Industries•Hexcel Corporation•SGL Carbon•Mitsubishi Chemical Holdings Corporation这些供应商在碳纤维复合材料领域拥有雄厚的技术实力和丰富的经验，并且持续进行研发和创新来提高产品性能和降低成本。
2024年轨道交通复合材料市场发展现状
2024年轨道交通复合材料市场发展现状引言轨道交通作为现代城市交通系统的重要组成部分，其复合材料的应用已经成为一种趋势。
本文将对轨道交通复合材料市场的发展现状进行探讨和分析。
复合材料在轨道交通领域的应用复合材料在轨道交通中的应用范围广泛，主要包括车体、轨道、动力系统等方面。
车体复合材料在轨道交通车体中的应用主要体现在结构强度、重量和耐久性方面的优势。
传统的铁路车体多采用钢材，而复合材料车体由于其优异的特性，如高强度、抗疲劳和抗腐蚀等，成为一个更为可行的选择。
此外，复合材料车体的质量轻，可以降低能耗并提高运行效率。
轨道复合材料在轨道建设中的应用包括轨道板、轨道床等方面。
复合材料轨道板具有重量轻、耐用、抗氧化和耐腐蚀等特点，能够提高轨道的运行稳定性和耐久性。
复合材料轨道床则具有良好的隔音和减振效果，能够降低列车噪音和车体振动，提供更好的乘坐体验。
动力系统复合材料在轨道交通动力系统中的应用主要表现在牵引电缆和电缆槽等方面。
复合材料具有优良的电绝缘性能和耐候性，能够提供良好的电力传输和保护效果。
此外，复合材料电缆槽的使用可以降低维护成本和提高系统效率。
轨道交通复合材料市场的发展现状轨道交通复合材料市场在过去几年内取得了快速发展，呈现出以下几个主要特点：市场规模持续扩大随着城市化进程的推进和交通需求的增长，轨道交通的发展态势良好，从而推动了复合材料市场的快速增长。
预计未来几年，轨道交通复合材料市场将继续保持稳定增长。
创新技术不断涌现在轨道交通复合材料市场中，创新技术的不断涌现推动了市场的发展。
例如，碳纤维复合材料的广泛应用使得车体更加轻量化和节能化。
此外，纳米技术的引入使得复合材料具有更好的性能和可靠性。
市场竞争加剧随着市场的发展，轨道交通复合材料市场的竞争也日益激烈。
越来越多的企业进军该领域，推出了各种创新产品和解决方案。
这也促使企业不断提升产品质量和技术水平，以获取更大的市场份额。
未来趋势展望随着我国轨道交通的不断发展和复合材料技术的不断进步，轨道交通复合材料市场的前景非常广阔。
新能源汽车的轻量化设计与材料应用
新能源汽车的轻量化设计与材料应用随着环境污染和石油资源逐渐减少的问题日益严重，新能源汽车作为一种清洁能源驱动的交通工具受到了广泛关注。
在新能源汽车的设计和制造过程中，轻量化设计与合适材料的应用是至关重要的因素。
本文将探讨新能源汽车轻量化设计的意义以及现代材料在新能源汽车中的应用。
一、新能源汽车轻量化设计的意义新能源汽车的轻量化设计指的是通过优化设计和合理应用材料，减少车辆的重量。
轻量化设计的意义主要表现在以下几个方面：1. 能源效率提高：减轻车辆重量可以降低车辆能源消耗，增加能源利用效率。
相较于传统燃油汽车，轻量化的新能源汽车在同样能源投入的情况下，能够行驶更远的里程，具有更高的能源利用效率。
2. 污染减少：新能源汽车轻量化设计能够减少车辆的能耗和排放，降低环境污染。
轻量化设计可以降低能源消耗，减少尾气排放，对改善大气质量和减少温室气体排放具有积极的作用。
3. 车辆性能提升：轻量化设计可以降低车辆的整体质量，提升车辆的加速性能和动力性能，使车辆更具竞争力。
此外，减少车辆重量还可提高安全性能和操控性能，提升用户的驾驶体验。
二、新能源汽车轻量化的实现策略实现新能源汽车轻量化的关键在于设计和材料的合理应用。
以下是几种常用的轻量化实现策略：1. 结构优化设计：通过结构优化设计，合理分配车辆的载荷和压力，有效减少结构重量。
采用高强度材料和优化的结构设计，可以在保证安全性的前提下降低车身的重量。
2. 材料选择：选用轻质高强度材料是实现新能源汽车轻量化的重要手段。
例如，采用高强度钢材、铝合金、碳纤维等材料，可以有效减少车身质量，并维持车辆的强度和刚性。
3. 智能设计和工艺：通过增加智能设计和工艺，精准控制材料和结构的加工和成型过程。
利用模拟分析、模具设计和优化等技术手段，提高生产效率和制造质量。
4. 制造工艺优化：在生产过程中对制造工艺进行优化，减少材料的浪费和能源的消耗。
例如，采用先进的焊接工艺、激光切割技术等，可以减少能源消耗和环境污染。
汽车新材料的应用及发展趋势
汽车新材料的应用及发展趋势摘要：在汽车行业发展的过程中必须要满足环保的要求，在汽车设计中运用环保新材料可实现节能减排，但这并不是单纯运用环保新材料进行设计，而是在保证安全性能的前提下进行环保，因此如何在汽车设计中运用环保新材料值得探索。
本文将重点对此进行分析讨论，并探析目前市面上主流的环保新材料方法。
关键词：环保新材料；汽车设计；应用1、新材料在新能源汽车中的实际应用1.1碳纤维复合材料碳纤维是指由碳元素构成的无机纤维，属于一种特性的化学纤维，有着丰富的碳含量。
从其内部结构来看，主要有石墨微晶等元素，通过化学工艺在高温环境下将沥青基、粘胶基等有机纤维进行裂解碳化而形成的。
碳纤维复合材料则是将碳纤维和其他材料进行混合而得到的，包括树脂、金属、石墨烯等材料在内。
首先，碳纤维材料可以应用于汽车车身。
汽车行业在传统的生产模式中，主要应用重金属材料来组装车身，使得汽车本身的重量加大，整体看上去比较笨重。
随着碳纤维复合材料应用于汽车生产中，由于其密度小、重量轻等优势属性可以使汽车的重量减少一半以上，而且碳纤维材料的可塑性强，可以通过汽车工艺的处理减少汽车内部的复杂结构设置，实现车身的一体化，不仅降低制作成本还有利于缩短制作时间、提高生产效率。
其次，在汽车装饰上，由于碳纤维材料有良好的能量吸收性，可以使汽车在面临撞击时有更强的耐力，减轻震动带来的伤害，增强车体的安全性和稳定性；同时耐腐蚀性好，使得汽车内饰能够有效避免各种外界物质的侵袭造成老化，促进汽车内部材料的完好保存。
1.2环保型水性涂料水性涂料在汽车中主要应用于底漆、中涂。
在西方国家中，汽车行业普遍将水性涂料应用在金属底色漆以及中涂等工艺中，其中日本水性底色漆的应用达到了70%以上，西欧国家的应用在80%，德国几乎100%都使用水性底色漆。
我国的汽车生产厂家也逐渐普及水性涂料，其中包括独资企业、合资企业等。
截止到现阶段，我国的底涂生产线、中涂生产线逐渐增多，其中以上海通用汽车打造的生产线为主。
复合材料的轻量化
复合材料的轻量化复合材料是由两种或更多种不同性质的材料组合而成的材料，具有优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性，因此被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑和体育器材等领域。
然而，尽管复合材料具有许多优点，但其相对较高的密度限制了其在一些场景下的应用。
因此，轻量化成为研究和开发复合材料的重要方向之一轻量化是指通过减小复合材料的密度来降低其重量。
一方面，轻质基体的选择是实现轻量化的重要因素之一、常用的轻质基体材料包括聚合物、金属泡沫以及低密度陶瓷和纳米材料等。
这些材料具有低密度、高强度和优异的力学性能，在轻量化方面具有很大的优势。
另一方面，增强剂的选择也对实现复合材料的轻量化起到重要作用。
纤维增强复合材料是目前应用最广泛的一种复合材料，其中纤维通常是提供强度和刚度的主要成分，而基体则起到固定纤维、传递载荷和提供表面保护的作用。
常用的纤维增强剂包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等。
碳纤维是一种重要的纤维增强剂，具有很高的强度和刚度，并且具有低密度的特点。
使用碳纤维增强复合材料可以显著降低材料的密度，提高强度和刚度，实现轻量化。
然而，碳纤维的制造成本较高，限制了其在大规模应用中的普及。
玻璃纤维是一种常用的纤维增强剂，具有较低的成本和良好的力学性能。
玻璃纤维复合材料广泛应用于汽车、船舶和建筑等领域，实现了轻量化。
芳纶纤维是另一种常用的纤维增强剂，具有较高的热稳定性和力学性能，适用于高温环境下的轻量化应用。
除了基体和纤维增强剂的选择，复合材料的设计和制造工艺也对轻量化起到重要的影响。
例如，通过优化纤维排列方式和调整基体的成份比例，可以实现更高的强度和刚度，并减小材料的密度。
同时，采用先进的工艺技术，如自动纺织、3D打印和层叠成型等，可以实现复合材料的精密控制和高效生产，提高轻量化效果。
总而言之，轻量化是提高复合材料应用性能和拓展应用领域的重要途径。
通过优化基体和增强剂的选择、设计和制造工艺的创新，可以实现复合材料的轻量化，提高其力学性能、降低成本，并满足不同领域对材料重量的要求。
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碳纤维增强复合材料的乘用车轻量化应用
作者：姜子敬 杨文叶 宋杰 李文中 李振兴 马秋
来源：《时代汽车》2021年第22期
摘 要：随着汽车工业飞速发展衍生的环境、能源和安全问题日益突出，碳纤维增强复合
材料以其优异的综合性能和可设计性能在汽车轻量化技术领域脱颖而出，具有广泛的应用前
景。本文对碳纤维增强复合材料的特性、成型工艺和乘用车应用性能进行分析，并结合现状问
题提出了建议和措施。
关键词：乘用车 碳纤维增强复合材料 技术进展
Lightweight Application of Carbon Fiber Reinforced Composite Materials for Passenger Cars
Jiang Zijing Yang Wenye Song Jie Li Wenzhong Li Zhenxing Ma Qiu
Abstract：With the increasingly prominent environmental， energy and safety issues derived
from the rapid development of the automotive industry， carbon fiber reinforced composite materials
stand out in the field of automotive lightweight technology due to their excellent comprehensive
performance and design performance， and have a wide range of application prospects. This article
analyzes the characteristics， molding process and passenger car application performance of carbon
fiber reinforced composite materials， and puts forward suggestions and measures based on current
issues.
Key words：passenger car， carbon fiber reinforced composite material， technological
progress
1 前言
汽車工业的飞速发展在给人们带来出行便利的同时，也衍生出了环境污染、能源紧缺、交
通安全等诸多问题。有研究表明，乘用车的整备质量减少10%，燃油车油耗降低6%～8%，
CO2排放量降低8～11g/（100km）;纯电动汽车整车重量减少10%，续驶可增加5%～8%[1，
2]。面对这些全球性的棘手问题，汽车工业在产业升级和绿色环保的战略背景下探索出一条可
持续发展路径，即从汽车自身的结构设计、材料应用和工艺选择等源头挖掘轻量化技术。乘用
车轻量化材料应用在不断的探索和验证过程中，从单一的普通钢材，发展到现在的高强钢、热
成型钢、铝合金、镁合金、塑料和高强纤维增强复合材料等多材料混合应用。其中，碳纤维增
强复合材料以其优异的综合性能、高比强度和比模量以及灵活的可设计性在众多新型轻量化材
料中脱颖而出。碳纤维增强复合材料的密度仅为钢材密度的20%，铝合金密度的60%，其应
用可使车身减轻30%～60%[3]。因此，碳纤维增强复合材料是汽车轻量化新型材料的最佳选
择。
2 碳纤维增强复合材料的技术现状
2.1 结构与特性
碳纤维是将有机纤维在非活性气体中进行高温碳化，分离掉碳以外的元素后所得的纤维体
材料[4]。碳纤维根据有机纤维原料的不同，可以非为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳
纤维和粘胶基碳纤维。其中PAN基碳纤维生产工艺难度低，品种多，价格适中，市场上90%
以上的碳纤维是以PAN纤维为原料制成的PAN基碳纤维。[5]沥青基碳纤维的导热性高，拉伸
模量高，抗冲击性强，但制造工艺复杂，成本高，目前生产销售的规模较小。胶粘基碳纤维耐
高温性高，但碳化率低，技术难度大，设备复杂，成本高，主要用于耐烧蚀和隔热材料。[6]
碳纤维增强复合材料兼具有抗疲劳、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、低线性碰撞系数、优良的
震动阻尼等特性。此外，碳纤维增强复合材料汽车零件设计集成度高，可减少分组成件数量;
其可灵活设计和造型自由度高的特性，可降低流线型曲面配件的制造成本;碳纤维增强复合材
料高效率的抗震、吸收冲击性能，高达到金属的5倍，可提高汽车发生交通碰撞事故车上人员
安全性。但碳纤维材料成本高，工艺复杂，生产效率低等因素阻碍了其在汽车行业的大规模应
用。
2.2 应用进展
由于碳纤维增强复合材料优异的综合性能和显著的轻量化优势，国内外车企开展了大量的
研究与应用。宝马公司率先全面开启碳纤维增强复合材料在汽车领域的应用。2013年宝马i3
车身碳纤维用量达到49.41%，2014年宝马i8车身碳纤维用量43%，之后，其他汽车车企也相
继推出了碳纤维增强复合材料应用的车型，如表1。
国内碳纤维材料应用幅度比较高的车型集中在对轻量化需求更迫切的跑车上，为了降低碳
纤维材料在汽车行业的应用成本，汽车企业也逐步从碳纤维、树脂、工艺等方面加大研发投
入，旨在推动碳纤维增强复合材料大幅度低成本应用，促进其在汽车构件的应用逐步从高端技
术向大众化应用转变。
碳纤维增强复合材料常见的成型工艺如表2，不同成型工艺的成型速度、质量、成本和适
用零部件特性相匹配。
2.3 性能研究
由于碳纤维是各向异性的材料，结构设计、纤维铺层设计对零件性能的影响至关重要。碳
纤维增强复合材料是一种可设计性很强的材料，可以通过纤维铺层的方向和厚度、树脂的浸润
和流动方式、成型工艺等设计满足产品零部件在不用方向的力学性能要求，并且为造型件和功
能件的模块化设计提供基础。奥迪A8局部碳纤维车身模块采用HP-RTM工艺成型零部件，并
通过结构胶及铆接工艺连接，试验证明整车扭转刚度提升了33%。宝马i3和7系顶盖横梁和
上边梁采用碳纤维3D编织技术成型，相比于钢制零件减重45%，并且充分利用了碳纤维复合
材料的各向异性特点和3D成型的闭合截面优势，提高了车身的结构稳定性和抗顶压能力。通
过仿真及试验验证表明，碳纤维顶盖横梁的轴向抗压强度相比于原钣金横梁提高了13%，抗弯
强度提高了62%。
碳纤维增强复合材料零部件开发通常需要经过材料选型、铺层设计、CAE分析、连接强
度分析、失效分析和性能验证的步骤。图1所示车型顶盖横梁部分仿真分析案例。目前国内汽
车上应用碳纤维零部件开发经验和流程体系尚未完善，大多仍然是按照金属材质件开发的流
程，未能充分发挥出碳纤维材料的优势。通过技术的深入研究和应用经验的积累，碳纤维增强
复合材料在汽车构件的应用会实现进一步的减重、降本和性能提升。
3 结论
碳纤维增强复合材料以其优异的综合特性广受车业的青睐，必然会成为轻量化新型材料应
用的主流趋势。现阶段碳纤维材料的成本高、工艺复杂、生产效率低，开发经验和能力不足，
使其应用受到制约。因此，要推动碳纤维增强复合材料的大范围应用，需要加大研发投入，积
累正向集成式的碳纤维设计经验，大力投入材料基础性能研究，结构设计、工艺、生产一体式
应用研究。此外，随着碳纤维增强复合材料在乘用车上应用范围的日益扩大，其回收再生技术
的壁垒也在被攻坚突破，这将会进一步降低原材料的成本，碳纤维增强复合材料在乘用车上的
应用也会迎来更光明的前景。
参考文献：
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