碳纖維增強復合材料在新能源汽車上的應用形式及進展

孫延

摘要：近幾年來，伴隨著全球環保意識的不斷增強，和我國時代的不斷進步，以及科學經濟的不斷發展，使得人們生活日益提高，高科技新材料不斷涌現，致使越來越多的人開始追求舒適，時尚以及全球環保意識的改變，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合材料進行詳細分析，并在此基礎上對其應用形式及發展進行闡述。

關鍵詞：碳纖維增強復合材料;新能源汽車;應用

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

現階段，汽車已經幾乎進入到每個百姓的生活中，成為人們日常生活中必不可缺的生活用品，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，也面臨著資源和環保等新問題。因此，針對汽車這種新問題，汽車制造商及有關專家普遍認為，發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，在汽車未來發展趨勢中新能源汽車將是重中之中，傳統汽車制造企業應該把重心轉移到新能源汽車方面，并重點研發制造新能源汽車的材料。

1碳纖維增強復合材料在新能源汽車上的出現

目前，中國的新能源汽車已經發展到一定程度，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的技術，所以想要在緊湊型及以上汽車擴大規模，仍需提高技術，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里航的重要因素，所以除了在研究電池、發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，基于以上優勢，使得這種材料越來越收到新能源汽車企業的青睞。

2碳纖維增強復合材料在新能源汽車上的應用情況

2.1碳纖維增強復合材料在新能源汽車車身上的應用

如今，在全球新能源汽車領域，碳纖維增強復合材料應用已經十分廣泛，尤其是在西方新能源汽車企業。如：現階段，外國的新能源汽車企業，已經把研究碳纖維車身技術運用到汽車制造，開始把其從實驗室拿出，并大量應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合材料研發團隊。該團隊已經研發了碳纖維增強復合材料的生產技術，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，就已經推出Hommage全新概念車，這種車也是運用輕量化碳纖維增強復合材料，車的全部重量只有780kg。可以說，從目前的趨勢上看，今后碳纖維技術在新能源汽車領域的運用還會更多。而且，隨著碳纖維增強復合材料不斷研發，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，已經有一些碳纖維增強復合材料的研發團隊，研發出了碳纖維增強復合材料制造的新能源車底盤，其應用碳纖維增強復合材料制造的車底盤，可以提高汽車底盤的某些優勢。除此之外還有許多碳纖維增強復合材料在新能源汽車的應用。總的來說，碳纖維增強復合材料成為以后新能源制造的全新高科技材料，汽車應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，大大提高了汽車的綜合性能，由此可以看出碳纖維增強復合材料在新能源汽車方面的作用。

2.2碳纖維增強復合材料在新能源汽車輪轂上的應用

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量都有著很高的要求標準。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。碳纖維增強復合材料在這些方面都有著先天的優勢，它的力學性能、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，碳纖維增強復合材料提高新能源汽車的啟動、停止、轉向速度。

3碳纖維增強復合材料在新能源汽車上應用的新進展

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展不斷演變的新產物，承載著新時代發展的需求，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，隨著低碳環保意識、高新技術的不斷發展，尤其是當前汽車輕量化的發展環境中，碳纖維復合材料（cFRP）憑借其超強韌性、能量吸收性能、輕柔性、結構穩定、耐腐蝕與耐高溫等特性，成為了當下新能源汽車產業的原材料首選，在新能源汽車上的應用日漸普及。因此，就目前來看，新能源汽車工業為了增強汽車綜合性能、輕化汽車重量，還會應用多種碳纖維增強復合材料，如：碳纖維增強樹脂基復合材料、玻璃纖維復合材料、磺纖維復合材料替代金屬材料。在以后制造新能源汽車結構件和覆蓋件的時候，使用碳纖維復合材料，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，都在制造汽車的時候應用到碳纖維增強復合材料，包括很多高檔的汽車如奔馳，寶馬、奧迪、福特、大眾。本田、日產等，這些新能源汽車制造商都在嘗試或是已經開始使用各種碳纖維增強復合材料。所以，在未來，新能源汽車制造企業在應用碳纖維增強復合材料方面，會更加地多，范圍會更廣。

3.1碳纖維增強樹脂基復合材料

碳纖維增強樹脂基復合材料（cFRP）具有材料強度硬、耐磨性高、抗震性好，等多種特點，并基于以上優勢，使得這種材料越來越收到新能源汽車企業的青睞，應用范疇最大。2007年的時候，美國福特公司做了相關的研究，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，粘接費減少25%.40%。并且CFRP制造出的汽車結構件韌性和抗沖擊性都很強。更能通過研究開發出新的優勢l生能。

與此同時，CFRP從基本性質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關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，而且環保性較好的的熱塑性復合材料，而碳纖維增強樹脂基復合材料則就符合這一標準。

3.2碳纖維增強陶瓷基復合材料

碳纖維增強陶瓷基復合材料屬于化學合成材料，是由多種化學物質通過一系列的加工，同時及各種化學反應和制造。這種材料耐高溫，耐腐蝕，硬度高和耐磨損，強度和韌性更好，所以目前的運用領域很多。目前在新能源汽車制造等領域就已經大量應用，比如：汽車剎車片、離合器零件等。因此，在從今后趨勢上看，還會大量的應用。其中，在新能源汽車發動機的制造上，使用結構陶瓷替代金屬材料，重量會大大降低，不但節能，而且環保性更強。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。所以應用不是很廣泛。

3.3碳纖維增強金屬基復合材料

這些年來，新能源汽車制造行業在大量地應用碳纖維增強金屬基復合材料。從碳纖維增強金屬基復合材料的性能上看，具有以下優點，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中，在零部件的制造中應用較廣泛。因此，在新能源汽車制造方面，金屬基復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。在二十世紀七十年代的時候，曾有汽車制造企業用碳纖維復合材料制造車身、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合材料必將還會被廣泛應用。

3.4C/C復合材料

C/C復合材料有著很好的高溫力學性，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復合制動材料比鋼制動材料的優點更多，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，二是舒適程度，所以c/C復合材料在未來會被廣泛應用。有利即有弊，在c/C復合材料中除了前面的優點也有一點弊端，如C/C復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件。但是由于c/C復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復合材料肯定會替代石墨，成為新技術應用的材料。

4碳纖維增強復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合材料在新能源汽車制造業的應用。另外，因為碳纖維增強復合材料本身存在的缺陷，如：規模小、質量差等問題。所以，要增強碳纖維增強復合材料在新能源汽車制造業上的大量運用，第一，要降低價格。隨著其他材料的大力發展，碳纖維增強復合材料一定會廣泛代替現在的汽車材料。第二，加強碳纖維增強復合材料應用的研究創新，要提高碳纖維增強復合材料的工藝性、性能指標和質量控制、碳纖維增強復合材料的補充技術等。最后，一定要廣泛應用碳纖維增強復合材料。不要單單依靠研發團隊，還要汽車制造業以及材料工業方面增加投人與研究。

5結語

碳纖維增強復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，在今后的發展中，新能源汽車制造企業在應用碳纖維增強復合材料方面，會更加地多，范圍會更廣，同時，碳纖維增強復合材料也將隨著科技發展，更深層次應用與新能源汽車之中，成為新能源汽車制造中至關重要的材料。而新能源汽車碳纖維輕量化的全新時代也將由此到來。