碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車上的應(yīng)用形式及進展

孫延

摘要：近幾年來，伴隨著全球環(huán)保意識的不斷增強，和我國時代的不斷進步，以及科學(xué)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，使得人們生活日益提高，高科技新材料不斷涌現(xiàn)，致使越來越多的人開始追求舒適，時尚以及全球環(huán)保意識的改變，其中要以新能源汽車材料最為突出。文章將對新能源汽車的碳纖維增強復(fù)合材料進行詳細分析，并在此基礎(chǔ)上對其應(yīng)用形式及發(fā)展進行闡述。

關(guān)鍵詞：碳纖維增強復(fù)合材料;新能源汽車;應(yīng)用

中圖分類號：T0342⁺.742 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）09-0071-03

現(xiàn)階段，汽車已經(jīng)幾乎進入到每個百姓的生活中，成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢扇钡纳钣闷?，尤其是給人們的生活、出行等方面提供了非常大的便利條件，但是，其在帶來方便的同時，也面臨著資源和環(huán)保等新問題。因此，針對汽車這種新問題，汽車制造商及有關(guān)專家普遍認為，發(fā)展電動汽車也就是新能源汽車是大趨勢，勢在必行。換句話說，在汽車未來發(fā)展趨勢中新能源汽車將是重中之中，傳統(tǒng)汽車制造企業(yè)應(yīng)該把重心轉(zhuǎn)移到新能源汽車方面，并重點研發(fā)制造新能源汽車的材料。

1碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車上的出現(xiàn)

目前，中國的新能源汽車已經(jīng)發(fā)展到一定程度，可是新能源汽車的電池密度、能量輸出等技術(shù)還有很多不足，這就使新能源汽車的實際里航得不到提高，不能足夠滿足人們的需求。我國如今的市場，微型乘用車相對較多，但是在緊湊型方面，尤其是緊湊型以上汽車方面，還遠遠比不上外資汽車企業(yè)的技術(shù)，所以想要在緊湊型及以上汽車擴大規(guī)模，仍需提高技術(shù)，并還有很多方面需要再增強。在新能源汽車中，汽車的自身重要其實也是影響新能源汽車?yán)锖降闹匾蛩?，所以除了在研究電池、發(fā)動機等方面要加強提高之外，新能源汽車車身自身重量方面也需要加強重視研究。而如今，碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料（簡稱CFRP）在新能源材料中比較受歡迎，因為這種材料強度硬、耐磨性高、抗震性好，基于以上優(yōu)勢，使得這種材料越來越收到新能源汽車企業(yè)的青睞。

2碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車上的應(yīng)用情況

2.1碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車車身上的應(yīng)用

如今，在全球新能源汽車領(lǐng)域，碳纖維增強復(fù)合材料應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，尤其是在西方新能源汽車企業(yè)。如：現(xiàn)階段，外國的新能源汽車企業(yè)，已經(jīng)把研究碳纖維車身技術(shù)運用到汽車制造，開始把其從實驗室拿出，并大量應(yīng)用到新能源汽車的制造上。其中，最為突出的即為雷克薩斯的碳纖維增強復(fù)合材料研發(fā)團隊。該團隊已經(jīng)研發(fā)了碳纖維增強復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)，將65%的碳纖維增強塑料和35%的鋁合金材料集合在一起，用于車身的制造，制造出的車身優(yōu)勢明顯，其材料制造的車身比一般的鋁制車身要輕將近100kg，而且硬度效果更好。與此同時，寶馬公司于在2011年的時候，就已經(jīng)推出Hommage全新概念車，這種車也是運用輕量化碳纖維增強復(fù)合材料，車的全部重量只有780kg?？梢哉f，從目前的趨勢上看，今后碳纖維技術(shù)在新能源汽車領(lǐng)域的運用還會更多。而且，隨著碳纖維增強復(fù)合材料不斷研發(fā)，其以后將不光用于新能源汽車的車身制造，還將用于其他地方制造，如：目前，已經(jīng)有一些碳纖維增強復(fù)合材料的研發(fā)團隊，研發(fā)出了碳纖維增強復(fù)合材料制造的新能源車底盤，其應(yīng)用碳纖維增強復(fù)合材料制造的車底盤，可以提高汽車底盤的某些優(yōu)勢。除此之外還有許多碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車的應(yīng)用?？偟膩碚f，碳纖維增強復(fù)合材料成為以后新能源制造的全新高科技材料，汽車應(yīng)用其材料可以在碰撞時吸收更高的能量，大大提高了車的硬度。并可降低汽車總體重量，如用該材料制造的車身重要不超過850kg，而且包括了240kg的電池包。其不但降低了車身的重量，更提高了汽車的安全系數(shù)，大大提高了汽車的綜合性能，由此可以看出碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車方面的作用。

2.2碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車輪轂上的應(yīng)用

在新能源汽車中，汽車的輪轂不但在承受著全部車身的重量。而且還起著傳遞驅(qū)動和扭矩的重要作用，所以輪轂是保障汽車行駛安全最安全的重要部分。任何一輛汽車對輪載的質(zhì)量都有著很高的要求標(biāo)準(zhǔn)。新能源汽車輪轂必須保證較高的強度和抗沖擊性，而且耐熱、導(dǎo)熱的要求都很高，還要有好的耐久性和安全性。碳纖維增強復(fù)合材料在這些方面都有著先天的優(yōu)勢，它的力學(xué)性能、耐熱性和耐久性都很強，完全可以在汽車制造中代替金屬材料。另外，碳纖維增強復(fù)合材料提高新能源汽車的啟動、停止、轉(zhuǎn)向速度。

3碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車上應(yīng)用的新進展

汽車是人們目前工作生活中不可缺少的工具，而新能源汽車則是隨著時代發(fā)展不斷演變的新產(chǎn)物，承載著新時代發(fā)展的需求，因此，人們對于新能源汽車的綜合性能要求越來越高。近幾年來，隨著低碳環(huán)保意識、高新技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是當(dāng)前汽車輕量化的發(fā)展環(huán)境中，碳纖維復(fù)合材料（cFRP）憑借其超強韌性、能量吸收性能、輕柔性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐腐蝕與耐高溫等特性，成為了當(dāng)下新能源汽車產(chǎn)業(yè)的原材料首選，在新能源汽車上的應(yīng)用日漸普及。因此，就目前來看，新能源汽車工業(yè)為了增強汽車綜合性能、輕化汽車重量，還會應(yīng)用多種碳纖維增強復(fù)合材料，如：碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料、磺纖維復(fù)合材料替代金屬材料。在以后制造新能源汽車結(jié)構(gòu)件和覆蓋件的時候，使用碳纖維復(fù)合材料，可以將汽車的重量降70%左右。與此同時，碳纖維的成本也是新能源汽車制造企業(yè)青睞的一方面，也正因為如此，越來越多的新能源汽車制造企業(yè)，都在制造汽車的時候應(yīng)用到碳纖維增強復(fù)合材料，包括很多高檔的汽車如奔馳，寶馬、奧迪、福特、大眾。本田、日產(chǎn)等，這些新能源汽車制造商都在嘗試或是已經(jīng)開始使用各種碳纖維增強復(fù)合材料。所以，在未來，新能源汽車制造企業(yè)在應(yīng)用碳纖維增強復(fù)合材料方面，會更加地多，范圍會更廣。

3.1碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料

碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料（cFRP）具有材料強度硬、耐磨性高、抗震性好，等多種特點，并基于以上優(yōu)勢，使得這種材料越來越收到新能源汽車企業(yè)的青睞，應(yīng)用范疇最大。2007年的時候，美國福特公司做了相關(guān)的研究，證明CFRP在新能源汽車制造方面的可行性，研究報告指出，相對以往，CFRP的加工費用降低60%;相比焊接技術(shù)，粘接費減少25%.40%。并且CFRP制造出的汽車結(jié)構(gòu)件韌性和抗沖擊性都很強。更能通過研究開發(fā)出新的優(yōu)勢l生能。

與此同時，CFRP從基本性質(zhì)上來看有熱塑性和熱固性兩大類，目前，運用比較多的是CFRP熱固性材料，尤其在美國和德國的新能源汽車企業(yè)關(guān)于汽車零部件的制造中，片狀模塑料（SMC）的運用非常廣泛。所以，從以后的前景來看，新能源汽車的制造會更喜歡易回收，而且環(huán)保性較好的的熱塑性復(fù)合材料，而碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料則就符合這一標(biāo)準(zhǔn)。

3.2碳纖維增強陶瓷基復(fù)合材料

碳纖維增強陶瓷基復(fù)合材料屬于化學(xué)合成材料，是由多種化學(xué)物質(zhì)通過一系列的加工，同時及各種化學(xué)反應(yīng)和制造。這種材料耐高溫，耐腐蝕，硬度高和耐磨損，強度和韌性更好，所以目前的運用領(lǐng)域很多。目前在新能源汽車制造等領(lǐng)域就已經(jīng)大量應(yīng)用，比如：汽車剎車片、離合器零件等。因此，在從今后趨勢上看，還會大量的應(yīng)用。其中，在新能源汽車發(fā)動機的制造上，使用結(jié)構(gòu)陶瓷替代金屬材料，重量會大大降低，不但節(jié)能，而且環(huán)保性更強。但是因為陶瓷加工的時候難度較高，脆性高、容易裂，加上成本比較高。所以應(yīng)用不是很廣泛。

3.3碳纖維增強金屬基復(fù)合材料

這些年來，新能源汽車制造行業(yè)在大量地應(yīng)用碳纖維增強金屬基復(fù)合材料。從碳纖維增強金屬基復(fù)合材料的性能上看，具有以下優(yōu)點，如：強度高、比模量高等同時，它可以降低金屬的膨脹度，在目前的新能源汽車制造業(yè)中，在零部件的制造中應(yīng)用較廣泛。因此，在新能源汽車制造方面，金屬基復(fù)合材料主要用于強度大的零件，這樣可以降低車身重量，減少汽車耗能。在二十世紀(jì)七十年代的時候，曾有汽車制造企業(yè)用碳纖維復(fù)合材料制造車身、車架等，制造出的汽車車身整體減重33%，油耗降低將近一半兒，而且振動性也大大降低。所以，在以后碳纖維增強金屬基復(fù)合材料必將還會被廣泛應(yīng)用。

3.4C/C復(fù)合材料

C/C復(fù)合材料有著很好的高溫力學(xué)性，通過實驗證明，在高達2000%以上的溫度下，強度仍然不變，再有就是這種材料的韌性很好。C/C復(fù)合制動材料比鋼制動材料的優(yōu)點更多，比如：密度低、熱容大、高溫強度高，制動效果更好，使用壽命長等。同時，因為隨著人們對新能源汽車的要求一般包括兩方面，一是安全系數(shù)，二是舒適程度，所以c/C復(fù)合材料在未來會被廣泛應(yīng)用。有利即有弊，在c/C復(fù)合材料中除了前面的優(yōu)點也有一點弊端，如C/C復(fù)合材料最早的時候用于F1賽車、豪華車及高檔車的剎車和離合器構(gòu)件。但是由于c/C復(fù)合材料的成本比較高，所以在推廣起來存在難度。因此，在未來要是能降低價格，那么c/C復(fù)合材料肯定會替代石墨，成為新技術(shù)應(yīng)用的材料。

4碳纖維增強復(fù)合材料與未來新能源汽車

目前，由于碳纖維價格昂貴，限制了碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車制造業(yè)的應(yīng)用。另外，因為碳纖維增強復(fù)合材料本身存在的缺陷，如：規(guī)模小、質(zhì)量差等問題。所以，要增強碳纖維增強復(fù)合材料在新能源汽車制造業(yè)上的大量運用，第一，要降低價格。隨著其他材料的大力發(fā)展，碳纖維增強復(fù)合材料一定會廣泛代替現(xiàn)在的汽車材料。第二，加強碳纖維增強復(fù)合材料應(yīng)用的研究創(chuàng)新，要提高碳纖維增強復(fù)合材料的工藝性、性能指標(biāo)和質(zhì)量控制、碳纖維增強復(fù)合材料的補充技術(shù)等。最后，一定要廣泛應(yīng)用碳纖維增強復(fù)合材料。不要單單依靠研發(fā)團隊，還要汽車制造業(yè)以及材料工業(yè)方面增加投人與研究。

5結(jié)語

碳纖維增強復(fù)合材料在減輕新能源汽車的車身重量上有著很大的潛力和優(yōu)勢，其材料密度、強度，比模量等綜合性特點，更是別的材料無法比較的？因此，在今后的發(fā)展中，新能源汽車制造企業(yè)在應(yīng)用碳纖維增強復(fù)合材料方面，會更加地多，范圍會更廣，同時，碳纖維增強復(fù)合材料也將隨著科技發(fā)展，更深層次應(yīng)用與新能源汽車之中，成為新能源汽車制造中至關(guān)重要的材料。而新能源汽車碳纖維輕量化的全新時代也將由此到來。