CFRP在汽车领域的发展趋势和应用前景如何？

碳纤维（carbon fiber

，简称CF）
，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成
，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料
。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料
，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为 23000~43000Mpa也高于钢。但碳纤维材料也只是沿纤维轴方向表现出很高的强度
，其耐冲击性却较差，容易损伤，所以在制造成为结构组件时往往利用其耐拉质轻的优势而避免去做承受侧面冲击的部分
。

碳纤维复合材料（CFRP）是由作为增强材料的碳纤维和作为基体材料的树脂组成（可以看成为1+1）。而一般复合材料的性能是优于其组分材料性能的，并且产生了一些原有组分材料所没有的性能（可以理解为1+1>2）。

碳纤维增强复合材料具有高强度、高模量
，已在航天航空等领域广泛使用
，是制造卫星、导弹
、飞机的重要结构零部件的关键结构材料，同时也受到汽车工业广泛重视，现在的F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料
。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维

，用以提高气动性和结构强度
。

我国碳纤维复合材料发展现状及趋势

我国碳纤维复合材料的研究开发自20世纪60年代以来，至今已有50年的历史
，但进展缓慢，同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口

，严重影响了我国高技术的发展
，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展
，与我国的经济社会发展进程极不相称。所以，研制生产高性能、高质量的碳纤维复合材料
，以满足军工和民用产品的需求
，扭转大量进口的局面

，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。随着国外大量投资涌入碳纤维领域，越来越多的国内企业也不惜重金进入到该领域。目前中国碳纤维生产企业已近30家
，规划产能在7-8万吨/年
。除了民营企业，中国石油、中国石化
、中国化工、中国钢铁

、中国建材
、首钢国际等大型国企都已介入。

就碳纤维产品而言
，中国高性能碳纤维还基本处于空白

，国内只有相当于或次于T300级碳纤维的产品
，并存在稳定性及成本问题。T700、T800级碳纤维尚处于工程化研究阶段，难以大规模应用。目前国内以3k（每束3000根）
、12k的T300级碳纤维为主打产品。国外单线最大产能已达1800吨(12k)
，生产效率高。相比之下中国生产技术和设备规模均有较大差距
，因此成本差异很大，另一方面，由于碳纤维原材料价格居高不下
，难以像玻璃纤维那样被广泛应用，制约了碳纤维复合材料的大面积应用
，因此开发低成本技术（包括材料、设计、制造、使用维护）成为当务之急
。据了解
，日本东丽T700级碳纤维的成本与国内T300级的成本相当
。导致中国碳纤维产品没有市场竞争力。此外
，我国碳纤维企业还存在诸多问题
：

1、 碳纤维产品系列化生产程度低；

2、 产品品种、规格少、结构单调、满足不了用户需求；

3、 生产经营不能适应市场“多品种

、小批量、快设计、快周转、供货急”的要求；

随着我国对碳纤维复合材料的市场需求与日俱增，加快我国碳纤维复合材料发展进程势在必行。目前我国碳纤维复合材料在航空航天、汽车、风电叶片等方面的应用还非常小
，市场未来的增长点将会集中在风电叶片、建筑材料
、汽车
、大飞机
、压力容器和高压输电线等新兴工业领域。特别是在汽车领域，由于其重量轻
，以及具有高强度（是钢铁的5倍）
、高模量和良好的耐热、耐腐蚀性等特点
，已成为一种非常理想的汽车轻量化材料。随着汽车等其它新兴领域对碳纤维复合材料的不断研究和应用，轻质
、高强的碳纤维复合材料的应用将会越来越广泛

。

碳纤维复合材料在汽车上的应用

汽车工业上常用的碳纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5-2.0g/立方厘米，这只有普通碳钢的1/4-1/5，比常用的铝合金还要轻1/3左右，但碳纤维复合材料的机械性能优于金属材料，其抗拉强度高于钢材3-4倍，刚度高于钢材2-3倍
。使用碳纤维材料，在减轻车身质量的同时，也可使得功率需求更小，进而采用更小驱动引擎和悬挂装置，通过减少动能而减少冲击危险，这种螺旋迭代式的结果将使得车身质量进一步减轻。因此，用碳纤维复合材料替换原来的钢制件，其轻量化效果明显
。

福特作为美国规模最大的汽车制造商之一，在旗下高性能车款的研发方面从未停止过前进的步伐
，除全新野马（Mustang）车型外，还将推出能够向超级跑车发起挑战的高性能车款。近日，记者从海外媒体Motorauthority获悉，福特将推出旗下最高性能跑车——全新福特GT
，并且均由碳纤维复合材质所打造
。

福特GT将采用中置引擎、后轮传动的动力布局

，此款车架设计能够使车体重心与载重平衡更为合理
，以达到43
：57的前后重量分配
，从而减少动力流失及提升操控特性
，最终发挥出双涡轮增压引擎的强劲动力，而这款全新跑车也将于明年正式发布。　　

宝马集团凭借十多年的深入研究以及工艺
、材料
、设备和工具的优化
，以及在量产车中使用碳纤维增强复合材料(CFRP)积累的经验，成为目前唯一掌握在大规模生产中使用碳纤维增强复合材料(CFRP)科技的汽车制造商
。

全新第六代BMW 7系于今年6月在德国慕尼黑宝马世界全球揭幕，将在今年第四季度全球上市。与历代BMW 7系一样，全新一代BMW 7系引领着豪华轿车的创新方向
，全新BMW 7系的智能车身理念是通过由碳纤维增强复合材料（CFRP）
、超高强度钢和铝合金组成的混合型结构
。碳纤维材料被大规模应用在车体框架中，用于加固车顶横梁结构以及B柱和C柱
、底部侧围
、中央通道和后部支撑部件
。由碳纤维增强复合材料（CFRP）与超高强度钢材构成的混合材料结构
，大幅增强了B柱区域这一车身关键部位的强度
。碳纤维材料在提高乘客舱的强度和刚度的同时，还显著降低了整车重量，与上一代车型相比，实现最大减重130千克
。 今年6月，在英国举行的古德伍德速度节（GoodWoodFestivalofSpeed）上，英国跑车制造商路特斯发布了该品牌有史以来速度最快价格最昂贵的跑车——“3-Eleven”
。3-Eleven采用了轻量化设计，整车重量不足900公斤，其车身使用了大量碳纤维复合材料（加入树脂灌注成型工艺），相比玻璃增强塑料（GRP），碳纤维复合材料重量减轻了40%，但刚度却大幅提升
。

国内碳纤维复合材料也有重大进展
，2014年9月在上海举行的第20届中国国际复合材料展览会上，中国科学院宁波材料技术与工程研究所和奇瑞汽车有限公司联合打造的“碳纤维复合材料电动汽车”荣获“中国复材展-JEC”优秀创新产品奖。本产品是国内首款车身主体由碳纤维复合材料与先进工艺制作的车型，也是奇瑞首款采用PHEV插电式混合动力车型，为节能环保提供高效解决方案。其核心优势在于采用碳纤维复合材料轻量科技，车身仅218Kg（减重48%）
，整车减重15%
，有效减少污染物排放；同时，碳纤维复合材料的应用显著提高了汽车的抗冲撞性能和操控性；其映射出的运行型设计元素
，给轮廓设计带来动感，深沉的黑色编织花纹高端贵气，黑色的炫酷外观造型时尚美观，带来极为强烈的视觉效果体验。

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