碳纖維應用汽車輕量化需重視三個問題

賽迪智庫

汽車輕量化是未來發展的一個重要方向，采用先進材料是汽車輕量化的重要手段。 目前， 碳纖維材料因其優異的綜合力學性能，已成為推動汽車輕量化的重要選擇，車企與原材料供應商的合作日趨緊密。但整車安全結構與輕量化協同性差、材料破壞失效形式多樣化、 部分標準規范缺失等問題制約其發展，如何解決這些問題，值得深入研究。

碳纖維及其復合材料是汽車輕量化主要選材之一。與高強度鋼、鋁合金、鎂合金、高性能塑料等其它汽車輕量化材料相比，碳纖維及其復合材料具有更加優越的物理和機械性能。它有著最小的密度，最大的抗拉強度、耐疲勞性、耐沖擊性、耐腐蝕性、減震性，實現汽車輕量化的同時， 在車輛受到撞擊時可充分吸收沖擊能量，起到緩沖吸能的作用，大幅度提高人身安全。相比于低碳鋼，碳纖維可在保證汽車強度和安全性能的前提下實現減重55%～60%，燃油效率提高 30%～40%，是節能減排的重要手段。此外，碳纖維及其復合材料具有優越的可設計性，可根據不同要求制成產品，滿足客戶個性化設計需求。

部分車企已提前行動，未來碳纖維應用潛力巨大。碳纖維已成功應用于車身和部分零部件的制備。德國寶馬公司使用碳纖維增強復合材料，來加固BMW7系車頂橫梁結構、B柱和C柱、底部側圍、中央通道和后部支撐，最大減重達130公斤，同時能適應各種安全標準。美國福特公司采用碳纖維輪圈裝備野馬Shelby GT350R汽車，全車減重27公斤，顯著提升了車輛操控性能、加速和剎車效能。我國奇瑞公司2016年開發了一款混合動力轎車，采用碳纖維復合材料制備車身和部分零部件，相比于全金屬車身，減重48%，且車輛抗撞擊性能和操控性能得到顯著提升。使用碳纖維作為輕量化材料已漸成趨勢。

歐洲SAM Research評估，2016年全球汽車輕量化領域碳纖維需求量為3.5萬噸，預計到2020年需求量將超過5萬噸，是最大的碳纖維應用領域之一。