『解析』为什么高端汽车喜欢选择碳纤维材料？

摘要

碳纤维复合材料凭借轻量化、耐久性、安全性和美观性等特点，在汽车制造领域，特别是在高端车型中得到广泛应用。它不仅能降低汽车重量，提高燃油效率，还适用于车身、轮毂、刹车系统等部件的制造，提升了安全性和使用寿命。碳纤维的美观性也使其在内外饰件中得到青睐，为车辆增添了科技感和运动感。尽管成本和制造工艺限制了其广泛应用，但随着技术进步，碳纤维复合材料在新能源汽车领域将拥有更广阔的市场前景。

正文

因为碳纤维复合材料对减轻汽车重量、提高车身强度、降低燃油消耗都起到了非常好的作用，所以一直受高端车型所宠爱。但因其制造成本过高，所以暂未能普及所有车型。那么碳纤维到底有哪些优点呢？在汽车行业又有哪些应用呢？

碳纤维复合材料具有其他材料不可比拟的比强度和比模量，密度只有1.6g/cm³左右，远低于钢铁和铝，将其应用于车身及其它零部件的设计可降低整车质量的35%左右，降低燃油消耗。

如大众新推出的采用碳纤维复合材料车身和零部件的XL1车型总质量只有795kg，结合混动技术，百公里油耗仅0.9升。

02 耐久性

碳纤维复合材料主要由碳纤维丝束和树脂材料组成，碳元素化学性质稳定，无需进行表面防腐处理，其耐候性及耐老化性极好，寿命一般为钢材的2-3倍。采用CFRP材料生产的功能性零部件的疲劳强度也远高于钢材。

03 安全性

碳纤维复合材料的抗拉强度一般都3500Mpa以上，是普通钢材的5倍，由碳纤维材料制作的驾驶舱在碰撞中变形极小，可有效保护驾乘者的生存空间。经特殊编织的碰撞吸能结构在高速碰撞中碎裂为较小的碎片，吸收大量撞击能量（能量吸收性为一般钢材的3倍以上），能有效提高车辆被动安全。

04 美观性

表面只喷涂一层清漆，可以清晰的看见内部的碳纤维丝束经纬或者斜线交叉排列，显得致密规整。将碳纤维复合材质应用到车尾扰流板，后视镜，车顶，仪表板，副仪表板，门芯板和方向盘等可视化较高的零部件上，营造出车辆科技运动的视觉效果。

碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身减轻质量40%～60%，相当于钢结构质量的1/3～1/6。英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明，碳纤维增强聚合物材料车身重172kg，而钢制车身质量为368kg，减重约50%。目前赛车和部分改装车大多选用碳纤维复合材料车身，在降低重量的同时，因复合材料碰撞时减少了碎片的产生，从而提高了安全性。

02 碳纤维在汽车轮毂中的应用

作为保证汽车行驶安全的重要部件之一，轮毂不仅要承受整车重量和载重，还要传递驱动和扭矩。这对汽车轮毂的质量要求极高。汽车轮毂要具有较高的强度和抗冲击性，较好的耐热和导热性以及较好的耐久性和安全性。碳纤维复合材料具有优异的力学性能、耐热性和耐久性，可替代金属作为轮毂材料。同时，碳纤维材料的使用使得轮毂质量得到降低，有助于减少车轮转动惯量，使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。

03 碳纤维在刹车系统中的应用

汽车制动器衬片主要使用石棉材料，制动时易摩擦产生高温，出现性能的热衰退，而产生的石棉粉尘有致癌危害。碳纤维复合材料的比强度高、耐磨性好、耐热性好，应用在汽车刹车片上，可作为石棉的替代品。碳纤维制动盘可以在50m内将车速由300KM/h降到50Km/h。碳纤维制动盘可承受2500℃的高温，且性能稳定。

04 碳纤维在内外饰中的应用

碳纤维复合材料具有较好的强度、韧性、耐热性和耐老化性，可改善传统塑料制品脆性高、耐久性不好的缺点，作为汽车内饰材料使用。碳纤维复合材料还具有较高的强度和刚性、较好的抗冲击性，可作为金属材料的替代品运用于汽车外饰构件。同时，碳纤维复合材料具有较好的吸振效果，对撞击有较大的缓冲作用，且减少撞击碎片的产生，提高了安全性。此外，碳纤维内外饰材料的使用，除了达到汽车轻量化效果，还简化了零件制造工艺，降低了零件加工、装配、维修费用，降低生产成本。

05 碳纤维在传动轴中的应用

汽车传动轴的受力情况比较复杂，尤其要承受很大的扭矩，对材料性能要求较高。碳纤维增强复合材料具有各向异性、比强度高和比模量相对较低的特点，替代金属材料作为传动轴可较好的满足使用需求。碳纤维传动轴不仅可减轻重量60%，而且具有更好的耐疲劳性和耐久性。

06  碳纤维在进气系统中的应用

碳纤维复合材料作为汽车进气系统材料，一方面可减轻重量，达到轻量化的效果；另一方面，碳纤维材料易加工成各种曲面形状，且表面较为光滑，可有效提高进气效率。

来源：红眼兔、中国汽车材料网