碳纤维增强复合材料在汽车轻量化中的应用探微

碳纤维增强复合材料在汽车轻量化中的应用探微

虞盛博，易玉东，林天游，袁道平

浙江长江汽车电子有限公司，浙江温州，325025

摘要：汽车轻量化已经成为汽车产业创新发展的一种主流趋势，为了能够显著提升汽车轻量化发展有效性，将碳纤维增强复合材料应用其中。主要对这种新型材料的高强度、抗冲击、耐高温多种优势进行应用，常见的情况就是在汽车的车身、制动系统、传动轴多个方面应用。但是，实际应用碳纤维增强复合材料期间极易受到多项因素的影响，发生成本高和技术应用效果不理想的情况，对此需要制定针对性处理方案，保证具体落实的汽车轻量化工作效果达标。本文将碳纤维增强复合材料的相关内容作为切入点，结合实际情况展开阐述，针对汽车轻量化中如何高效应用碳纤维增强复合材料进行全面探讨。

关键词：汽车轻量化；碳纤维增强复合材料；力学性能；高强度

在社会整体的创新发展步伐逐步加快的情况下，能源消耗呈现出逐步增长的趋势。从汽车领域出发进行分析，可知其是人们日常生活和工作中十分关键的一种交通工具。虽然在为人们出行提供便捷服务方面发挥重要作用，但是不可避免地发生诸多难以解决的环境和能源消耗问题。汽车产业借助高效使用轻量化技术的方式，更好地开展汽车能效问题处理工作，具体表现为让汽车的尾气排放量减少、在一定程度上延长汽车续航里程。碳纤维增强复合材料的应用效果显著，汽车轻量化发展过程中结合实际需求，在这种新型材料的辅助下解决实际问题，为后续提升汽车产业竞争力创造条件。

1碳纤维增强复合材料概述

深入研究“碳纤维”这种具有较强新颖性的纤维材料，可知其中碳含量处于比90%高的状态，主要特征包括强度高、模量高。对工程领域的具体状况进行分析，不难发现为了能够形成复合材料，就会在实际操作期间将树脂、金属、陶瓷多种材料与碳纤维进行结合，否则难以充分发挥这种材料的应用价值。碳纤维增强复合材料，实际上就是碳纤维、树脂材料进行有效结合，在此之后形成的一种新型材料，“CFRP”是其英文缩写。之所以汽车轻量化发展中会注重应用CFRP，主要因为其存在比模量、比吸能、比强度更好，这些特征决定着CFRP的轻量化应用效果好。

2汽车轻量化中碳纤维增强复合材料的应用要点

2.1结合车身和覆盖件需求，制定有效的应用方案

CFRP已经成为当前汽车轻量化发展中的一种首选新型材料，基于该项材料比较高的强度和刚度优势，可以达到减轻汽车质量的目的，与此同时也能在具备较强抗冲击性能、能量吸收性能强多项内容的作用下，更好地满足汽车轻量化要求。以汽车车身、覆盖件使用CFRP为例，很多的汽车品牌取得了显著的应用效果，宝马、奥迪、奔驰多种高端车型中就非常注重CFRP的应用。依据我国当前汽车领域的发展情况分析，可知外饰件、车身覆盖件的CFRP应用情况备受关注，并且处于应用效果不断提升的状态。

2.2依据制动系统应用要求，采取合理的CFRP应用方案

对传统形式下的汽车制动片情况进行研究，可知制造期间以使用石棉网为主，但是极易受到这种材料自身材质因素的影响，在高强度连续使用之后发生制动热逐步衰减的情况。如果没能及时采取措施在根本上解决问题，就会产生严重影响汽车制动效果的现象，甚至还存在威胁汽车驾驶员人身安全的情况。对此，充分考虑汽车在制动系统方面提出的要求，将CFRP应用其中，借助其力学性能好、耐高温和耐摩擦性能强的优势，更加高效地完成汽车制动片制造方面的任务。一般情况下，0.35-0.4是CFRP摩擦系数的标准范围，对于显著提升汽车驾驶安全性具有重要意义，并且还能保证制动过程中非常平稳，不可否认CFRP在汽车制动系统中的应用效果好。将当前已经生产出的碳纤维制动片作为研究对象，结合实际情况对平均使用寿命进行确定，能够80000—120000km的范围，细致对比普通的汽车制动片使用寿命，可知使用时间更长。在此基础上，经过长时间的创新，CFRP性能更好，甚至可以满足一些高端车型和赛车的制动系统使用要求。

2.3参考轮毂中的应用要求，落实针对性地工作

轮毂是汽车整体中十分关键的组成因素，主要的功能就是承受汽车质量，并且还在传动和导向方面发挥不可替代的作用。制造轮毂期间对CFRP进行应用，有利于减震性能和抗冲击情况符合预期要求。比如：参考轮毂设计方案，正确使用CFRP这种新型材料，让其代替传统金属材料进行制作，对于减轻汽车整体质量具有重要作用。不仅如此，CFRP在轮毂制作中充分发挥作用，还可以将悬挂系统性能优化方面的工作落到实处，能够进一步提升汽车驾驶舒适性和安全性。为了能够证实CFRP在汽车轮毂制造中具有比较好的应用效果，结合最新开发的碳纤维轮毂产品在跑车上的应用情况进行研究，了解到最终的质量减轻比例在40%-50%之内。

2.4分析传动轴应用要点，提升轻量化效果

对于汽车传动系统而言，比较关键的一种零部件是汽车传动轴。如果是在受力比较大、运行条件非常差、转速比较高的状况下，传动轴就会将发动机动力传递给汽车的驱动轮。CFRP的主要特征就是具有较强的耐久性和耐疲劳性，分析传动轴使用要求和实际需求对CFRP进行应用，可以在避免影响力学性能的基础上提高质量减轻效果。现阶段奔驰和马自达等汽车品牌，已经将CFRP应用在一部分车型的传动轴制造中。

结束语：

总而言之，汽车轻量化的具体发展情况，会对汽车产业的具体发展状况产生直接影响。但是，一定要注意使用碳纤维增强复合材料期间，不能发生汽车结构力学性能发生变化的情况，否则即便能够减轻汽车质量也会引发其他难以处理的问题。对此，汽车轻量化发展过程中，为了满足当前提出的严格要求，就要从多个角度出发，对碳纤维增强复合材料及应用价值形成正确认识，之后结合汽车每个零部件制造要求，采取科学合理的应用措施，打破传统方法和落后材料的束缚，加快汽车品牌创新发展速度，从而为后续加快汽车产业的发展速度奠定基础。主要就是在车身和覆盖件、制动系统、轮毂、传动轴中应用碳纤维增强复合材料，最大限度上满足汽车轻量化设计和发展要求，为人们提供高质量的汽车服务。

参考文献：

[1]康森卫,王青春. 碳纤维增强复合材料在汽车轻量化中的应用 [J]. 汽车测试报告, 2023, (22): 94-96.

[2]李帆. 碳纤维复合材料在汽车领域中的应用 [J]. 塑料助剂, 2023, (05): 68-69+102.