碳纤维复材在汽车重要部件中的应用案例分析

  碳纤维的密度接近钢铁材料的1/5,目前车体常规质量在400~500kg,而一个全碳纤维跑车的车体质量不足百公斤。汽车质量每减小10%,可降低6%以上的油耗使续航能力大幅提升,降低5%以上的排放。正因其广泛的应用前景,碳纤维被称为21世纪即将井喷的“黑色黄金”。据研究表明,汽车制造商为了减轻1kg车重所投入的费用比增加1马力动力更为高昂。碳纤维增强复合材料由于其良好的轻量化优势,还广泛应用于汽车轮毂、制动系统、传动系统、内外饰、发动机领域中。本文跟随江苏博实一起来看下几个应用案例。

  1.碳纤维轮毂

  采取碳纤维材料制作的轮毂,能够大大减少轮毂的质量,从而有助于减少转动惯量。由于簧下质量每减少1kg,轻量化效果约等于簧上质量减少6kg,所以碳纤维轮毂会显著地改善车辆的操控性能。同時,碳纤维材质坚固、韧性好,碳纤维轮毂有利于转向的反应和路感的传递,从而使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。

  2.制动系统

  碳纤维复合材料在制动系统和传动系统中同样有着广泛的应用。碳纤维制动盘具有出色的耐高温性,可承受2 500℃的温度,并且还能保证性能的稳定,保时捷918 spider采取了碳纤维制动盘,可以在50m内将汽车车速从300km/h降低到50km/h;碳纤维制作的传动轴不仅可以减轻40%以上的质量,还具有非常好的耐久性,丰田86的碳纤维传动轴仅重5.53kg,和主流的钢制传动轴相比,减重50%。

  3.汽车进气系统、发动机领域

  碳纤维复合材料作为汽车进气系统材料,一方面可减轻其质量,达到轻量化的效果;另一方面,碳纤维材料加工性能好,易加工成各种曲面的复杂形状,且材料表面较为光滑,可有效提高汽车进气效率。而碳纤维良好的高温性能使其在发动机领域得以应用,碳纤维复合材料可承受2 500℃的高温,且性能稳定。

  4.汽车内饰、门窗等领域

  碳纤维复合材料具有很好的吸力减震效果,对撞击等有强大的缓冲作用,且减少撞击可能产生的碎片,提高了汽车的整体安全性能。利用碳纤维制作汽车内外饰材料,在汽车轻量化的同时,还简化了汽车零部件的生产制造工艺,进而减少零部件在加工、装配、维修过程中产生的成本,进而降低汽车生产成本和消费者使用费用。

  碳纤维及其复合材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、安全性好等不可替代的优势,是作为汽车轻量化所使用的最佳材料。正是由于兼具优异性能,碳纤维在汽车领域均有广泛的应用前景。