自從1953年第一輛全復(fù)合材料車身的汽車問(wèn)世以來(lái)，復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用不斷增多。如今隨著汽車輕量化浪潮的出現(xiàn)，碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用日益受到追捧。碳纖維復(fù)合材料（CFRP），因其質(zhì)量小，而且強(qiáng)度高、剛性高，以及良好的耐蠕變與耐腐蝕性特點(diǎn)成為是最理想的汽車用輕量化材料。如今在汽車車身、尾翼、汽車底盤，發(fā)動(dòng)機(jī)罩、汽車內(nèi)飾等各個(gè)地方我們都能夠發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的身影。
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那么碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用究竟為汽車帶來(lái)了什么呢？碳纖維復(fù)合材料能否成為汽車零部件的主要材料呢？
碳纖維復(fù)合材料讓汽車更安全
近日有媒體報(bào)道某豪華轎車因大量采用碳纖維致使汽車的剛性降低，碳纖維車身經(jīng)不起看似很一般的碰撞（參看：千萬(wàn)級(jí)超跑帕格尼遇車禍 碳纖維車身被毀）。對(duì)此，北京中材汽車復(fù)合材料有限公司總工程師高國(guó)強(qiáng)分析認(rèn)為：“碳纖維復(fù)合材料實(shí)際上比金屬材料有更高的剛性和抗沖擊性能。從力學(xué)性能的角度而言，在汽車設(shè)計(jì)的時(shí)候，減重的同時(shí)會(huì)充分考慮部件的受力情況，不會(huì)為了降低重量而犧牲剛性。碰撞的結(jié)果不僅僅和材料本身有關(guān)系，和部件的結(jié)構(gòu)也有非常密切的關(guān)聯(lián)，復(fù)合材料部件與車身連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是否可靠，受沖擊的位置和方式都對(duì)破壞結(jié)構(gòu)有影響。”
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高國(guó)強(qiáng)還介紹說(shuō)，碳纖維復(fù)合材料還具有極佳的能量吸收能力，這進(jìn)一步保證了碳纖維復(fù)合材料汽車的安全性。據(jù)介紹，碳纖維復(fù)合材料的能量吸收能力比金屬材料高4-5倍左右。數(shù)年來(lái)，F(xiàn)1車隊(duì)一直采用碳纖維復(fù)合材料制造其賽車的碰撞緩沖構(gòu)件，從而顯著減少了這頂級(jí)汽車運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中的重傷事故。
輕量化是碳纖維復(fù)合材料最大優(yōu)點(diǎn)
除了安全性之外，輕量化是碳纖維復(fù)合材料另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。而輕量化的直接成果就是減低汽車的油耗。
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1992年通用汽車公司介紹了超輕概念車（Ultralite Concept Car），該車的車身采用碳纖維復(fù)合材料，由手鋪碳纖維
預(yù)浸料工藝制造，整體車身的質(zhì)量為191kg。用碳纖維取代鋼材制造車身和底盤構(gòu)件，可減輕質(zhì)量68%，從而節(jié)約汽油消耗40%。
價(jià)格居高不下使碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用有限
雖然對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)碳纖維復(fù)合材料具有更高的安全性、輕量化等眾多優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)階段它還僅限于高檔轎車的應(yīng)用。“這主要是因?yàn)樘祭w維的價(jià)格一直居高不下。”高國(guó)強(qiáng)解釋說(shuō)。
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需要說(shuō)明的是由于其成本和工業(yè)水平的原因，我國(guó)碳纖維復(fù)合材料在汽車零部件上的應(yīng)用還很有限。
美國(guó)巖石山研究所曾經(jīng)對(duì)汽車工業(yè)應(yīng)用的碳纖維作了研究分析，結(jié)論是當(dāng)碳纖維價(jià)格降至每千克16.5美元以下時(shí)，碳纖維與鋼材相比就有競(jìng)爭(zhēng)性了。而降低碳纖維價(jià)格的途徑之一就是應(yīng)用大絲束碳纖維。因?yàn)榇蠼z束碳纖維制備屬于低成本生產(chǎn)技術(shù)，售價(jià)只有小絲束碳纖維的50%～60%。
據(jù)了解，目前世界上大絲束碳纖維生產(chǎn)商并不多，主要有美國(guó)的卓爾泰公司、阿可蘇公司、阿爾笛拉公司以及德國(guó)的SGL公司。我國(guó)在這方面還有待發(fā)展。
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