碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

廖冰

摘 要：由于碳纖維復(fù)合材料本身的優(yōu)勢(shì)，所以近年來(lái)碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用逐漸被大眾所關(guān)注，成為社會(huì)上的熱門話題。我國(guó)的人口數(shù)量較多，所以汽車領(lǐng)域能否健康、積極、平穩(wěn)發(fā)展影響到我國(guó)社會(huì)的發(fā)展，進(jìn)而關(guān)系到我國(guó)整體的經(jīng)濟(jì)效益。本文將指出碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)要介紹碳纖維復(fù)合材料自身的基本特性，對(duì)汽車在改裝時(shí)應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料的弊端進(jìn)行綜合分析，并提出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化措施，從而進(jìn)一步促進(jìn)碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用發(fā)展。

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料;汽車改裝;應(yīng)用;基本特性;優(yōu)化措施

1 引言

首先碳纖維復(fù)合材料的振動(dòng)衰減系數(shù)較大，吸振能力較強(qiáng)，所以當(dāng)被應(yīng)用到傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)部件當(dāng)中，可以有效地減輕車本身的重量，減少振動(dòng)，降低噪音。汽車的舒適程度一直都是汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵性因素之一，碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的應(yīng)用，極大地提高了汽車的舒適程度。同時(shí)同金屬材料相比較，應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料制作車身時(shí)操作環(huán)節(jié)更加簡(jiǎn)便，降低制作成本，發(fā)揮了良好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展。

2 碳纖維復(fù)合材料自身的性質(zhì)

2.1 物理性質(zhì)

碳纖維復(fù)合材料從熱學(xué)的角度來(lái)講具有特異性，碳纖維復(fù)合材料由于石墨晶體的高度具有各向異性，所以從與溫度的依存性方面進(jìn)行綜合考察，與一般的固體物質(zhì)有所差異。當(dāng)碳纖維復(fù)合材料被應(yīng)用在工業(yè)當(dāng)中時(shí)，碳素材料的比熱不會(huì)隨著石墨化度和碳素材料種類的變化而進(jìn)行改變，而是相對(duì)來(lái)說(shuō)維持恒定。

從導(dǎo)熱性角度進(jìn)行綜合分析，普通的碳素材料導(dǎo)熱系數(shù)較高，在平行晶粒方向的導(dǎo)熱系數(shù)可以與黃銅進(jìn)行媲美。碳素材料在進(jìn)行熱傳導(dǎo)的時(shí)候?qū)﹄娮拥囊蕾嚦潭炔桓?，而是主要靠晶格振?dòng)進(jìn)行導(dǎo)熱，所以說(shuō)碳纖維復(fù)合材料在進(jìn)行導(dǎo)熱的時(shí)候與金屬在導(dǎo)熱時(shí)所遵循的維德曼—弗蘭茲定律不符。

由于碳纖維復(fù)合材料自身的性質(zhì)受到石墨晶體的電子行為以及對(duì)不同的處理溫度影響，同時(shí)石墨電子的能帶結(jié)構(gòu)和載流子的種類及其擴(kuò)散機(jī)理具有特異性，所以碳纖維復(fù)合材料具有本征半導(dǎo)體所具有的特性，電阻率的變化主要受到載流子數(shù)量變化的影響。

2.2 化學(xué)性質(zhì)

碳纖維復(fù)合材料的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，在常溫常壓附近幾乎為惰性材料，只有在強(qiáng)氧化物、強(qiáng)酸性等特殊物質(zhì)反應(yīng)才能發(fā)生反應(yīng)。由于碳纖維復(fù)合材料自身的穩(wěn)定性，所以在日常當(dāng)中經(jīng)常被應(yīng)用到工作溫度小于二百五十?dāng)z氏度的環(huán)境當(dāng)中。當(dāng)碳纖維復(fù)合材料被應(yīng)用到小于二百五十?dāng)z氏度的工作環(huán)境當(dāng)中時(shí)，材料的本身不會(huì)發(fā)生明顯的氧化，同時(shí)也沒(méi)有碳化物以及層間化合物的生成。同時(shí)由于碳纖維復(fù)合材料自身的結(jié)構(gòu)具有氣孔，所以具有高度的氣孔率，在加熱的過(guò)程當(dāng)中很容易產(chǎn)生吸附氣體脫氣的情況，進(jìn)一步促進(jìn)了碳纖維復(fù)合材料在穩(wěn)定電氣性質(zhì)以及電熱領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。

3 碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用的不足之處

3.1 碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)因素在汽車改裝領(lǐng)域應(yīng)用當(dāng)中的不足之處

碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中需要針對(duì)不同的工況載荷進(jìn)行應(yīng)力分析，從而保證碳纖維復(fù)合材料在應(yīng)用到過(guò)程當(dāng)中滿足汽車的承力部件的實(shí)際情況，進(jìn)一步發(fā)揮其輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。碳纖維復(fù)合材料由于在結(jié)構(gòu)和材料上同時(shí)具有特性，所以才能夠從不同角度上同時(shí)增加設(shè)計(jì)自由度。碳纖維復(fù)合材料在被應(yīng)用在汽車改裝當(dāng)中時(shí)，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行計(jì)算分析，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等設(shè)計(jì)工作，從而保證碳纖維復(fù)合材料的適用性。但是我國(guó)當(dāng)前缺乏相對(duì)成熟的專業(yè)性設(shè)計(jì)分析軟件和材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，再加上設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的缺乏以及對(duì)國(guó)外相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的依賴程度較重，進(jìn)一步限制了碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。

3.2 碳纖維復(fù)合材料材料因素在汽車改裝領(lǐng)域應(yīng)用當(dāng)中的不足之處

我國(guó)當(dāng)前的汽車改裝領(lǐng)域開(kāi)始普及對(duì)碳纖維復(fù)合材料使用，在使用的過(guò)程當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)了碳纖維自身的材料因素而導(dǎo)致的不足。首先目前為止我國(guó)使用的碳纖維復(fù)合材料大部分原絲質(zhì)量不好、性能不穩(wěn)定、產(chǎn)品規(guī)格和品種較少、但是價(jià)格較高，進(jìn)而生產(chǎn)批量不大，導(dǎo)致我國(guó)碳纖維在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用無(wú)法得到普及。同時(shí)由于碳纖維的高價(jià)格、低產(chǎn)量以及樹(shù)脂基體的小規(guī)模生產(chǎn)也導(dǎo)致了碳纖維復(fù)合材料的價(jià)格比較高，進(jìn)一步增加了汽車改裝的費(fèi)用。碳纖維復(fù)合材料被應(yīng)用在汽車改裝領(lǐng)域還需要與金屬部件進(jìn)行連接，但是單單依靠黏接很難起到固定的作用，結(jié)合黏接和機(jī)械連接進(jìn)行連接又容易導(dǎo)致制品的強(qiáng)度受到影響，進(jìn)一步影響到了碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。最后我國(guó)當(dāng)前的碳纖維復(fù)合材料回收管理還未得到完善，導(dǎo)致碳纖維復(fù)合材料在使用之后只能作為垃圾丟棄，對(duì)環(huán)境造成了污染，限制了碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。

3.3 碳纖維復(fù)合材料成型工藝因素在汽車改裝領(lǐng)域應(yīng)用當(dāng)中的不足之處

碳纖維復(fù)合材料被應(yīng)用在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中不單單應(yīng)當(dāng)注意到材料質(zhì)量以及數(shù)量的保證，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)成型工藝的關(guān)注程度。目前為止我國(guó)在車用碳纖維復(fù)合材料的低成本快速成型方法上還存在著缺陷，導(dǎo)致對(duì)國(guó)外相關(guān)技術(shù)的依賴程度較高，加大了碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域應(yīng)用的成本，極大的限制了碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的普遍應(yīng)用。

4 針對(duì)碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用的不足之處提出的優(yōu)化措施

4.1 加強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)建設(shè)

設(shè)計(jì)和創(chuàng)新是知識(shí)掌握和提升的關(guān)鍵性因素之一，同時(shí)也是決定了碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域應(yīng)用的高度之一，所以相關(guān)的專家和技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)提高關(guān)注程度和重視程度。加強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用，首先要掌握相關(guān)的技術(shù)手段，學(xué)習(xí)和借鑒外國(guó)先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從而擴(kuò)寬我們的知識(shí)層面，在結(jié)合我國(guó)的實(shí)際國(guó)情和用車情況，研究車用碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新概念和新方法。同時(shí)技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)加大對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究力度，盡快發(fā)展或者引進(jìn)相關(guān)的設(shè)計(jì)分析技術(shù)軟件，建立碳纖維復(fù)合材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，彌補(bǔ)我國(guó)在設(shè)計(jì)方面的不足。最后還應(yīng)當(dāng)建立和完善相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范，建立將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬方法和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的智能化設(shè)計(jì)和驗(yàn)證系統(tǒng)，保證我國(guó)碳纖維在汽車改裝應(yīng)用方面的技術(shù)支持。

4.2 加大研發(fā)力度，提高碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的實(shí)用性

要想提高碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的實(shí)用性，首先要保證材料的適用性。材料的利用率、經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)量是決定其適用性的關(guān)鍵性因素。研究專家應(yīng)當(dāng)集中科研力量進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和質(zhì)量攻關(guān)，強(qiáng)化碳纖維復(fù)合材料的原絲質(zhì)量，降低價(jià)格，進(jìn)而為加大生產(chǎn)量提供基礎(chǔ)，為制造高性能低成本的碳纖維復(fù)合材料提供原料支持。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)建立碳纖維和樹(shù)脂基體的研發(fā)基地，針對(duì)市場(chǎng)當(dāng)中對(duì)相關(guān)材料的需求進(jìn)行有目的性的研究和生產(chǎn)，形成碳纖維和樹(shù)脂基體的產(chǎn)品系列，進(jìn)一步滿足汽車工業(yè)大規(guī)模的產(chǎn)品需要。最后我國(guó)環(huán)境保護(hù)組織以及研發(fā)組織應(yīng)當(dāng)針對(duì)現(xiàn)下碳纖維材料的處理方式進(jìn)行調(diào)查，了解碳纖維復(fù)合材料處理的實(shí)際情況，制定明確的處理制度，保證我國(guó)碳纖維復(fù)合材料的正常使用。

4.3 加大對(duì)碳纖維復(fù)合材料成型工藝的研究力度

碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的應(yīng)用關(guān)鍵是應(yīng)當(dāng)掌握關(guān)鍵性技術(shù)，其中成型工藝屬于關(guān)鍵性的技術(shù)之一。提高我國(guó)碳纖維復(fù)合材料的成型工藝，相關(guān)專家首先應(yīng)當(dāng)熟悉汽車的相關(guān)材料和碳纖維復(fù)合材料自身的性質(zhì)，從而為研究成型工藝奠定基礎(chǔ)。同時(shí)國(guó)家政府還應(yīng)當(dāng)發(fā)揮自身的集中調(diào)控作用，建立原材料制造商、科研機(jī)構(gòu)、成型加工商和最終產(chǎn)品制造商之間的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)共同推進(jìn)碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)：應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行汽車改裝有一定的優(yōu)勢(shì)，可以加強(qiáng)汽車自身的性能，提高汽車在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的平穩(wěn)性，進(jìn)一步減少我國(guó)交通事故的發(fā)生幾率，所以相關(guān)的人員應(yīng)當(dāng)給予充分的關(guān)注力度，從而提高碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的普及性。相關(guān)研究專家應(yīng)當(dāng)將重點(diǎn)放在新技術(shù)的研發(fā)上，提高原絲質(zhì)量，降低碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)價(jià)格，進(jìn)一步加強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的普遍性。更重要的是我國(guó)當(dāng)前對(duì)碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的相關(guān)高新技術(shù)掌握程度較差，這也是導(dǎo)致其發(fā)展受到限制，并且經(jīng)濟(jì)效益較高的關(guān)鍵性因素，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，相關(guān)高新技術(shù)的研發(fā)應(yīng)當(dāng)成為專家研究的重點(diǎn)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]張宇，張麗麗.碳纖維復(fù)合材料在現(xiàn)代汽車工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].纖維復(fù)合材料，2019，36（03）：53-57.

[2]李嘉，崔姝藝，桂佳俊，石峰暉，張寶艷.快速固化碳纖維復(fù)合材料及其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用[J].高科技纖維與應(yīng)用，2017，42（02）：10-16.

[3]竺鋁濤.汽車用碳纖維復(fù)合材料加工成型工藝研究進(jìn)展[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2013，29（01）：59-62.

[4]周宇飛，朱熠.新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2012（10）：24-29.

[5]陸剛.低碳節(jié)能的新材料碳纖維使汽車進(jìn)入輕量化新時(shí)代[J].橡塑資源利用，2011（06）：19-23.