汽车轻量化之王“碳纤维及其复合材料”

2018-12-26 12:39:12 作者：本网整理来源：中国汽车材料网分享至：

碳纤维增强复合材料有着绝佳的物理特性：比铝轻30%、比钢轻50%，强度却是钢的7至9倍，最早用于航空、航天、军工等科技高精尖领域。业界公认，CFRP（碳纤维增强复合材料）是目前解决新能源汽车减重的最好方法，碳纤维的应用可使汽车减重30%～60%，被誉为“轻量化之王”，是新能源汽车“瘦身革命”的领导者，在汽车轻量化方面发挥着关键作用。

碳纤维是由有机母体纤维（粘胶丝、聚丙烯腈或沥青等）采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成，其结果是除碳以外的所有元素都予以去除。一般碳纤维材料含碳量高于90%以上。其含碳量随种类不同而异，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。

目前世界各国发展的主要是聚丙烯腈集（PAN基）碳纤维和沥青基碳纤维。PAN基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场的75%。碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度（即材料的强度与其密度之比）和最高比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其它主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。

碳纤维零件的工艺目前常用的热固性复合材料制作件的生产工艺主要包括：手糊成型、喷射成型、缠绕、拉挤成型、树脂传递模塑成型（TRM），树脂胶膜浸润成型（RFI）以及预浸料、热压罐成型和模压成型等，对制作汽车主要结构件而言，适合的碳纤维产品生产工艺主要有手糊成型，RTM，TFI以及预浸料/热压罐（SMC）成型等。

碳纤维材料的应用碳纤维主要作为复合增强材料，包括碳纤维增强陶瓷基复合材料，C/C复合材料，碳纤维增强金属基复合材料，碳纤维增强树脂基复合材料等。

①碳纤维增强陶瓷基复合材料用碳纤维增强陶瓷可有效改善韧性，改变陶瓷脆性断裂形态，同时阻止裂纹在陶瓷基体中的迅速传播、扩展。

②C/C复合材料它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成，主要由各类碳组成，即纤维碳、树脂碳和沉积碳。这种材料除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐磨损等特性外，还具有较高的断裂韧性和假塑性。

③碳纤维增强金属基复合材料碳纤维增强金属基复合材料具有高的比强度和比模量，高的韧性和耐冲击性能。目前碳纤维增强铝、镁基复合材料的制备技术比较成熟。

④碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）碳纤维增强树脂基复合材料具有质轻、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点，被广泛应用作结构材料及耐高温烧蚀材料。碳纤维增强树脂基复合材料所用树脂基体主要分为两类，一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。

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责任编辑：韩鑫

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