在汽车行业的发展过程中,汽车轻量化对能耗降低所起到的作用已经成为行业从业人员的共识。具有相关研究发现,采用必要的轻量化措施,不仅能夠直接降低油耗,还能够有效提升车辆的动力性能、提升车辆制动效果,改善车辆的操作性能,为驾乘人员提供更加舒适的服务。实现汽车的轻量化,可以从材料、结构和制造技术等多个方面入手,在材料应用方面,碳纤维复合材料的应用,是具有光明前景的发展方向。
1.碳纤维及其制成品的优点
碳纤维材料在军工行业、航天工业和民用工业中都有着广泛的应用空间,由于碳纤维结构的不同,又可以将其分为不同类型,受制于生产技术和生产成本的影响,应用范围最为广泛的碳纤维材料是PAN(聚丙烯腈)基碳纤维。在PAN基碳纤维中,小丝束碳纤维属于“航天级”碳纤维,而大丝束碳纤维则被称为“工业级”碳纤维。就整体上而言,碳纤维及其制成品在应用于汽车产业时,主要有3个方面的优势:①应用于车架结构时能够直接降低车身重量,并且具有汽车安全行驶时所需要的刚性。②避震结构的作用下能够减缓车身运动中的震动,提升驾乘感。③碳纤维车架的刚性大,耐久性好,能够抵抗外界恶劣环境的影响,并且具有较强的抗腐蚀性能。四是碳纤维材料具有高拉伸强度,加工成型工艺简单,能够适用于汽车生产的多个零部件中。由于碳纤维材料所具有的这些优势,使其在汽车产业的发展中必将占有重要的位置。
2.碳纤维材料在汽车行业应用的不足之处
虽然碳纤维材料及其制成品在应用于汽车行业中具有多方面的优势,但是还有诸多方面的限制因素,使得在目前汽车行业的生产过程中,碳纤维材料无法实现规模化应用,这些限制条件主要包括以下4个方面:①碳纤维材料及其制成品容易出现老化,并且在损毁之后无法进行修复,只能对损毁的零部件进行整体更换。②其加工工艺精度较高,前期处理过程比较复杂,所产生的成本较高,在一定程度上抵消了其所带来的能耗节省。③碳纤维的可回收性比较差,在目前的回收利用技术条件下,无法进行再次利用或者环保化处理。④碳纤维行业发展不均衡,PAN基碳纤维产量占到总产量的90%以上[1]。由于这些方面的原因使得碳纤维材料目前还只是在赛车和部分高端车型的部分零部件生产中得以应用,并取得了良好的效果,但是在普通车型的应用上目前整体上还处于较低的水平,无法充分发挥其固有的优势。