碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的應(yīng)用

易汝龍

摘 要：我國針對汽車改裝的政策作出了恰當(dāng)?shù)男薷?，加上我國汽車保有量?shù)量的不斷增加，為汽車改裝帶來了十分廣闊的市場。目前汽車輕量化是汽車領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向，所應(yīng)用到的碳纖維復(fù)合材料具有輕量化的特點，因此在汽車改裝領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是碳纖維復(fù)合材料也存在一定的缺點，由于其生產(chǎn)，研發(fā)，推廣等環(huán)節(jié)相脫節(jié)，生產(chǎn)成本較高，并未實現(xiàn)規(guī)模化的發(fā)展，增加了生產(chǎn)成本，大多數(shù)情況下都是以個性化改裝的個體客戶為主，難以大批量地應(yīng)用于汽車生產(chǎn)中。但不可忽略的是碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用優(yōu)勢，碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于汽車的輪轂、內(nèi)飾、外身構(gòu)件、剎車片、發(fā)動機等各部分，優(yōu)化了汽車的各項性能，減輕了車身的重量，深受消費者歡迎。在今后發(fā)展中，將成為國內(nèi)改裝市場的主要模式。

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料 汽車改裝 應(yīng)用

Application of Carbon Fiber Composite Materials in the Field of Automobile Modification

Yi Rulong

Abstract：China has made appropriate amendments to the policy of car modification， coupled with the continuous increase in the number of car ownership， which has brought a very broad market for car modification. At present， the lightweight of automobiles is an important direction for the development of the automobile field. The carbon fiber composite materials used have the characteristics of lightweight， so they have been widely used in the field of automobile modification. However， carbon fiber composite materials also have certain shortcomings. Due to the disconnection of production， research and development， promotion and other links， the production cost is high， and the large-scale development has not been realized， which increases the production cost. In most cases， it is customized for individual customers and is difficult to apply to automobile production in large quantities. But what cant be ignored is the application advantages of carbon fiber composite materials. Carbon fiber composite materials are mainly used in automobile wheels， interiors， outer body components， brake pads， engines and other parts， optimizing the performance of the automobile and reducing the weight of the body， which is welcomed by consumers. In the future development， it will become the main mode of the domestic refitting market.

Key words：carbon fiber composite material， car modification， application

碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)量輕耐腐蝕安全性高等諸多優(yōu)點，將其應(yīng)用于改裝領(lǐng)域中，符合了汽車發(fā)展的要求，滿足了客戶的需求。在先進的硬件技術(shù)支持下，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車改裝中取得了良好的效果，使得改裝后的汽車具有較高的實用性。在全球發(fā)展中，美國日本德國的碳纖維產(chǎn)業(yè)規(guī)模較大，發(fā)展迅速，主要是由于市場的需求以及碳纖維原料成本較低等原因促進了碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而我國的碳纖維研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用各個環(huán)節(jié)缺乏有效的聯(lián)系，針對碳纖維市場化發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)相對滯后，限制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在小規(guī)?；瘧?yīng)用中，碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于汽車制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、內(nèi)外零件裝飾等改裝中，減輕了汽車重量，優(yōu)化了汽車性能。

1 碳纖維復(fù)合材料的概述

碳纖維復(fù)合材料與高分子材料復(fù)合制成的材料為碳纖維復(fù)合材料，它具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、高強度、抗輻射抗老化、減振阻尼等優(yōu)點，能夠滿足汽車設(shè)計輕量化的需求，提高汽車的安全性能。碳纖維是唯一強度不下降的物質(zhì)，是金屬材料等無法比擬的，它具有十分出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，將其應(yīng)用于汽車改裝領(lǐng)域中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，達到省油的效果，還能提高汽車的防撞性能。國際上碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，正朝著工業(yè)領(lǐng)域和普通民用領(lǐng)域進行擴大發(fā)展。我國在20世紀60年代便開展了碳纖維的生產(chǎn)研發(fā)工作，但是并未取得實質(zhì)性的進展，技術(shù)上并未突破。而在國際上大絲束碳纖維復(fù)合材料得到廣泛的應(yīng)用，主要是由于市場需求，航空航天、汽車產(chǎn)業(yè)等對高性能小絲束碳纖維材料的需求較高，將這種材料應(yīng)用于零件制作中，實現(xiàn)輕量化效果，滿足航空航天工業(yè)的需求。國外的許多國家掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)，使得這一原材料生產(chǎn)成本較低，可應(yīng)用于大量生產(chǎn)中，促進了碳纖維產(chǎn)業(yè)朝著規(guī)?；到y(tǒng)化的方向進行發(fā)展。然而由于目前我國并未掌握核心技術(shù)，碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)成本較高，難以實現(xiàn)大規(guī)模化的生產(chǎn)加工。

2 碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車改裝領(lǐng)域的優(yōu)缺點

2.1 應(yīng)用優(yōu)點

碳纖維復(fù)合材料是一種無機高分子纖維，屬于高端纖維增強材料這一，碳纖維主要包括纖維布料，玉器料胚和短切纖維4種產(chǎn)品形式，他們都是基于碳纖維原材料進行加工制造生成的產(chǎn)品。它的優(yōu)點諸多，和傳統(tǒng)的汽車制造金屬材料相比，它密度低、強度高、耐化學(xué)腐蝕性好等優(yōu)點改善了傳統(tǒng)汽車的性能，降低了整個車身的重量，提高了汽車的加速性能，減少能源的消耗和尾氣的排放，達到了節(jié)能環(huán)保的目的。碳纖維復(fù)合材料表現(xiàn)的耐沖性能十分良好，主要是由于其中的聚合物基體具有一定的粘彈性力學(xué)性能，可以吸附?jīng)_擊能量。粘彈性和界面進行摩擦，會增大震動衰減系數(shù)，當(dāng)汽車受到一定沖擊時，基于碳纖維復(fù)合材料制作的構(gòu)件，能夠吸收大量的沖擊能量，提高汽車的安全性能，因此它的抗熱沖擊性使它成為了發(fā)動機罩制造的理想材料。碳纖維復(fù)合材料具有較強的設(shè)計性，它會根據(jù)用途的要求，靈活地設(shè)計產(chǎn)品。根據(jù)這一產(chǎn)品的用途和主要的受力情況，需要調(diào)整材料中的纖維結(jié)構(gòu)，經(jīng)過不同的排列設(shè)計，制作成不同厚度的制品，提高產(chǎn)品的剛性，同時也能實現(xiàn)輕量化。根據(jù)受力方向排列，碳纖維的纖維結(jié)構(gòu)，能夠充分發(fā)揮這一材料的性能優(yōu)勢，達到節(jié)約材料的目的。對于一些對耐腐蝕性要求較高的產(chǎn)品，可以選擇耐腐蝕性良好的樹脂材料，優(yōu)化功能設(shè)計，提高產(chǎn)品性能。

2.2 應(yīng)用缺點

碳纖維復(fù)合材料雖然改善了傳統(tǒng)材料中的弊端，但是在改裝應(yīng)用中又存在一些缺點，例如應(yīng)用成本較高，碳纖維行業(yè)和汽車行業(yè)規(guī)則上并不同。碳纖維復(fù)合材料中的原材料包含了樹脂、金屬、陶瓷等高分子材料，再加上制造工藝和生產(chǎn)模式使得該材料的成本價格較高。由于碳纖維的力學(xué)性能，利用材料制作的零件產(chǎn)品出現(xiàn)損壞后，難以維修，只能更換零件，在后續(xù)的維護保養(yǎng)工作中產(chǎn)生了一定費用。目前來說，碳纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模較小，無法滿足批量化生產(chǎn)的汽車，現(xiàn)如今碳纖維產(chǎn)品只用于個人需求中。

3 碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

3.1 碳纖維輪轂

在汽車改裝中，輪轂的改裝居多，利用碳纖維復(fù)合材料制作的輪轂不僅減輕了輪轂的重量，同時還能減少轉(zhuǎn)動的慣量。簧下質(zhì)量每減少1kg，輪轂輕量化的效果便會減少6kg。能夠有效地改善車輛的操控性能，提高輪轂的轉(zhuǎn)向反應(yīng)和路感傳遞，優(yōu)化了車輛的制動性能。

3.2 車外身構(gòu)件

車外身構(gòu)件的各部分應(yīng)用了諸多碳纖維材料例如引擎蓋、車門、車頂、擾流板等等，碳纖維材料的使用使得車外身構(gòu)件強度更高。同時在同等結(jié)構(gòu)強度條件下，它的重量會更輕，將其應(yīng)用于車輛改裝中，能夠很大程度上降低汽車車體的重量，減少能源的消耗，提高車輛動力學(xué)性能。

3.3 汽車內(nèi)飾

將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車內(nèi)飾門窗等領(lǐng)域中，誕生了全新材質(zhì)的汽車內(nèi)飾和門窗，具有很好的減震效果。如果發(fā)生撞擊，會出現(xiàn)強大的緩沖作用，減少撞擊所帶來的破壞，提高汽車的安全性能。在內(nèi)外裝飾中，利用碳纖維復(fù)合材料制作的零件會更加地輕量化，同時簡化了零件的生產(chǎn)制造工藝，降低生產(chǎn)成本，提高碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用效率。

3.4 剎車片

由于碳纖維復(fù)合材料不存在熱損耗的問題，具有較強的熱化學(xué)穩(wěn)定性能，它能夠承受1000℃以上的高溫，因此常常應(yīng)用于汽車剎車片的改裝中。

3.5 進氣系統(tǒng)、發(fā)動機領(lǐng)域

碳纖維復(fù)合材料具有良好的加工性能和可設(shè)計性能，因此可以加工成各種曲面的復(fù)雜形狀，且材料的表面會十分地光滑，再加上其輕量化的效果，將其應(yīng)用于汽車進氣系統(tǒng)的改裝中，能夠達到良好的效果，確保進氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，優(yōu)化汽車的性能。在發(fā)動機中，碳纖維復(fù)合材料的高溫性能有別于傳統(tǒng)的其他材料，將其應(yīng)用于發(fā)動機改裝中，能夠提高發(fā)動機的穩(wěn)定性，承受住高溫，確保發(fā)動機的穩(wěn)定運行。在發(fā)動機罩方面，碳纖維也得到了具體的應(yīng)用。傳統(tǒng)的鋼制發(fā)動機罩蓋主要由外板內(nèi)板和加強件構(gòu)成。而碳纖維的應(yīng)用主要是取消了內(nèi)板，采用了加層結(jié)構(gòu)這一形式，在結(jié)構(gòu)的上下兩層中采用了碳纖維復(fù)合材料組成，外層中間填充強度較低的密度泡沫材料。這一結(jié)構(gòu)的設(shè)計提高了發(fā)動機罩的整體抗拉性能和強度，延長了發(fā)動機的使用壽命。

3.6 傳動軸

將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車的傳動系統(tǒng)中，能夠充分發(fā)揮其各向異性、比模量相對較低、比強度高的特點。同時還能減輕傳動系統(tǒng)的重量，在同等重量和直徑的條件下，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用使得扭矩力超出鋼材的170%，提高傳動系統(tǒng)的耐疲勞性和耐久性，繼而提高汽車的使用壽命。例如寶馬新一代7系轎車中，一部分跑車便大量應(yīng)用了碳纖維技術(shù)，改造了傳動系統(tǒng)，利用碳纖維復(fù)合材料構(gòu)建了車身，降低了整個車身的重量，使得跑車的性能更加優(yōu)良。

4 結(jié)語

總而言之，在汽車領(lǐng)域中，輕量化是一個主要的發(fā)展方向，而碳纖維復(fù)合材料制作的零件的應(yīng)用也推動了這一方向的發(fā)展。尤其是我國放寬了對于汽車改裝的相關(guān)規(guī)定，使得汽車改裝獲得了較為廣闊的發(fā)展空間，而碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用將會越來越廣泛。碳纖維復(fù)合材料的諸多優(yōu)勢改善了傳統(tǒng)材料的性能，但同時由于它現(xiàn)在產(chǎn)品小，批量生產(chǎn)，同時也具有較高的生產(chǎn)成本，因此阻礙了碳纖維復(fù)合材料零件市場化的發(fā)展，并不利于碳纖維行業(yè)和汽車行業(yè)的有效聯(lián)系，目前在使用中，還主要以個性化改裝的個人客戶為主。因此在未來發(fā)展中，我國需要做好對碳纖維產(chǎn)業(yè)的研究工作，突破相關(guān)技術(shù)，形成體系化規(guī)范化系統(tǒng)化的產(chǎn)業(yè)鏈，同時制定相應(yīng)的配套扶持資金，支持企業(yè)發(fā)展，從而推動碳纖維材料在汽車行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

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