汽车领域应用崛起,一文带你探秘“黑色黄金”碳纤维复合材料!

    发布日期:2022/9/13 11:03:50    来源:UTPE弹性体门户    阅读次数:

    基于碳纤维复合材料如此突出的优势,碳纤维复合材料在汽车车体和零部件中都得到了广泛应用,如:汽车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等等。


    碳纤维复合材料(CFPR)在汽车零部件中的应用情况


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    据了解,碳纤维复合材料的应用可使汽车车身减轻质量40%-60%,相当于钢结构质量的1/3-1/6。英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究。结果表明,碳纤维增强聚合物材料车身重172 kg,而钢制车身质量为368 kg,减重超过50%。


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    碳纤维复合材料在汽车轻量化领域的应用及优势


    1、密度小,强度高


    碳纤维复合材料用于汽车底盘及承力部件时,在减轻车重的情况下并不损失车的强度和刚度,汽车安全系数能得到保证。

    英国材料系统实验室(MSL)的研究结果表明,在各种材料制造的车身中碳纤维复合材料是最轻的,尤其是与钢制车身相比,轻量化效果达53%以上。


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    各种材料车身质量对比图


    2、韧性好,抗冲击性和能量吸收能力优良。


    碳纤维复合材料用于车身及其结构件时保证了车身及其结构件碰撞时的安全性。

    碳纤维复合材料质量仅有钢的50%左右,在碰撞时吸收能量的能力却是钢或铝的4-5倍,使汽车碰撞安全性显著提高。

    碳纤维复合材料制成的两根纵梁应用于梅赛德斯-奔驰SLR 跑车,可以彻底吸收正面碰撞时产生的能量,以保证乘客厢的结构基本不受影响,而全部由碳纤维复合材料制成的乘客厢,在发生尾部或侧面撞击时为车内乘客提供了非常可靠的安全空间。


    3、振动衰减系数大,吸振能力强,阻尼高,抗振性能好


    碳纤维复合材料用于汽车传动系统和发动机部件,具有良好的减振、隔音效果,提高了乘坐舒适性。

    奥迪Quattro系列、日本尼桑GTR和Fairladyz车型、阿斯顿·马丁V8 Vantage Coupe车型和Mazda RX-8车型上已大量使用了碳纤维复合材料制造的传动轴。

    基于碳纤维复合材料在可靠性、耐久性和强度等方面的优点,日本近几年开始在制造汽车涡轮增压器压气机叶轮时用碳纤维复合材料替代铝合金,将叶轮质量降低48%,从而使转子惯量降低,加速性能提高,极大缩短涡轮增压器的响应滞后问题。


    4、优秀的耐热性、抗腐蚀与抗辐射性能,不易老化,耐摩擦


    碳纤维复合材料应用于汽车刹车片时由于其稳定的摩擦系数(0.35-0.40)使得汽车制动过程平稳、耐热温度高达 2 500℃,不存在传统金属材料的热损耗问题,是制造刹车片理想的材料,在电动汽车和其他新能源汽车领域应用具有很强的竞争力。

    碳纤维复合材料被大量应用于F1和GT系列赛车 的刹车片领域。西格里公司生产的碳纤维—陶瓷 动盘装置,应用于PorscheAG、911Turbo GT和 GT IIS车型。


    5、耐久性,安全性,抗疲劳性能极佳,有效延长了汽车零部件的使用寿命


    轮毂是汽车行驶的重要部件之一, 它不仅承受整车的重量与载重,更承担着传递驱动和扭矩。碳纤维复合材料应用于汽车轮毂不仅可以满足车用轮毂的所有要 求,在车辆轻量化方面更是表现出色。

    英国Kahm 公司使用 CFRP 制得的 RX–X 型高级汽车专用轮毂,重量仅为6 kg,可高速行驶,并可最大限度地降低车轮的径向惯性力。

    瑞典Koenigsegg公司2013款Agera R型跑车搭载的世界上第一个中空、一片式碳纤维轮毂,在降低约20 kg的簧下重量的同时,依然可保证良好的安全和抗冲击性能。

    目前,国外在碳纤维复合材料方面的发展已初具规模,形成了碳纤维供应商+复合材料供应商+零部件供应商+主机厂的联盟式产业化布局。宝马、丰田、福特、斯巴鲁等车企已经将碳纤维复合材料应用于旗下高性能汽车。然而我国在车用碳纤维方面起步较晚,还未形成产业规模,汽车应用研究环节也亟需加强。

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