汽车轻量化的“次时代”——碳纤维应用的新纪元

 

    一、汽车轻量化已势不可挡

 

    减轻车重是人们一直在追求探索的。汽车变轻，一方面能提高车辆性能，另一方面更能满足节能环保的需求。如果将现在汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻40-50％，车子的提速和转向等性能显著提升。此外，当前我国机动车污染物排放量已超4,500万吨。研制轻量化汽车是实现我国低碳经济的迫切需求。数据显示，汽车每减重10%，燃油消耗可节省7%，目前钢铁材料约占车体重量的3／4，如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻300kg，燃油效率提高36％，二氧化碳排放量可削减17％。若减重20%-30%，每车每年CO2排放可减少0.5T，不仅减少了使用成本，更加绿色环保。

 

   二、碳纤复合材料是必然选择

 

    碳纤维是由化纤和石油经特殊工艺制成的纤维，除了和一般碳素材料一样具备耐高温、耐摩擦、导电、导热等特性外，它强度更高，质量轻，更耐腐蚀。它的密度不到钢的1／4，但抗拉强度却是钢的7～9 倍，抗拉弹性也高于钢，在2000℃以上的高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。而且它外形柔软，可加工成各种织物。从使用的角度看，碳纤维不存在腐蚀生锈的问题，比普通金属耐用。在极端气候条件下，碳纤维的性质几乎不发生变化。使用碳纤维制造车身，可以省去高成本、繁琐的涂装工艺。难怪有人说，碳纤维几乎是目前可知的最能让汽车减重的完美材料。

   三、碳纤维复合材料技术发展备受关注

 

    碳纤维复合材料有两个关键技术吸引了OEM厂商的关注。一是模块化生产，碳纤维复合材料具有良好的可塑性，可加工成各种零部件，也可以制成一体式的整体结构。例如，汽车座位需要焊接50 ～60个部件，若用整碳纤维复合材料，可实现一次加工成型，不仅加工时间短、降低了成本，并且精度有保证。二是生产工艺－树脂转移模塑成型（RTM）技术的发展应用，能大幅提高零件成型速度，将传统成型的几天时间缩短为几分钟，具有效率高、成本低、绿色环保等优点。宝马、奥迪、帝人等公司都已试验或运用了此项技术。采用更新的成型技术可以使碳纤维产品能达到A级表面的要求，拓展了碳纤维复合材料在汽车上的使用范围。