碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)改裝領(lǐng)域的應(yīng)用

易汝龍

摘 要：我國(guó)針對(duì)汽車(chē)改裝的政策作出了恰當(dāng)?shù)男薷模由衔覈?guó)汽車(chē)保有量數(shù)量的不斷增加，為汽車(chē)改裝帶來(lái)了十分廣闊的市場(chǎng)。目前汽車(chē)輕量化是汽車(chē)領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向，所應(yīng)用到的碳纖維復(fù)合材料具有輕量化的特點(diǎn)，因此在汽車(chē)改裝領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是碳纖維復(fù)合材料也存在一定的缺點(diǎn)，由于其生產(chǎn)，研發(fā)，推廣等環(huán)節(jié)相脫節(jié)，生產(chǎn)成本較高，并未實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的發(fā)展，增加了生產(chǎn)成本，大多數(shù)情況下都是以個(gè)性化改裝的個(gè)體客戶(hù)為主，難以大批量地應(yīng)用于汽車(chē)生產(chǎn)中。但不可忽略的是碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于汽車(chē)的輪轂、內(nèi)飾、外身構(gòu)件、剎車(chē)片、發(fā)動(dòng)機(jī)等各部分，優(yōu)化了汽車(chē)的各項(xiàng)性能，減輕了車(chē)身的重量，深受消費(fèi)者歡迎。在今后發(fā)展中，將成為國(guó)內(nèi)改裝市場(chǎng)的主要模式。

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料 汽車(chē)改裝 應(yīng)用

Application of Carbon Fiber Composite Materials in the Field of Automobile Modification

Yi Rulong

Abstract：China has made appropriate amendments to the policy of car modification， coupled with the continuous increase in the number of car ownership， which has brought a very broad market for car modification. At present， the lightweight of automobiles is an important direction for the development of the automobile field. The carbon fiber composite materials used have the characteristics of lightweight， so they have been widely used in the field of automobile modification. However， carbon fiber composite materials also have certain shortcomings. Due to the disconnection of production， research and development， promotion and other links， the production cost is high， and the large-scale development has not been realized， which increases the production cost. In most cases， it is customized for individual customers and is difficult to apply to automobile production in large quantities. But what cant be ignored is the application advantages of carbon fiber composite materials. Carbon fiber composite materials are mainly used in automobile wheels， interiors， outer body components， brake pads， engines and other parts， optimizing the performance of the automobile and reducing the weight of the body， which is welcomed by consumers. In the future development， it will become the main mode of the domestic refitting market.

Key words：carbon fiber composite material， car modification， application

碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)量輕耐腐蝕安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于改裝領(lǐng)域中，符合了汽車(chē)發(fā)展的要求，滿(mǎn)足了客戶(hù)的需求。在先進(jìn)的硬件技術(shù)支持下，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)改裝中取得了良好的效果，使得改裝后的汽車(chē)具有較高的實(shí)用性。在全球發(fā)展中，美國(guó)日本德國(guó)的碳纖維產(chǎn)業(yè)規(guī)模較大，發(fā)展迅速，主要是由于市場(chǎng)的需求以及碳纖維原料成本較低等原因促進(jìn)了碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而我國(guó)的碳纖維研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用各個(gè)環(huán)節(jié)缺乏有效的聯(lián)系，針對(duì)碳纖維市場(chǎng)化發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)相對(duì)滯后，限制了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在小規(guī)模化應(yīng)用中，碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)外零件裝飾等改裝中，減輕了汽車(chē)重量，優(yōu)化了汽車(chē)性能。

1 碳纖維復(fù)合材料的概述

碳纖維復(fù)合材料與高分子材料復(fù)合制成的材料為碳纖維復(fù)合材料，它具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、高強(qiáng)度、抗輻射抗老化、減振阻尼等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)設(shè)計(jì)輕量化的需求，提高汽車(chē)的安全性能。碳纖維是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)，是金屬材料等無(wú)法比擬的，它具有十分出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，將其應(yīng)用于汽車(chē)改裝領(lǐng)域中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排，達(dá)到省油的效果，還能提高汽車(chē)的防撞性能。國(guó)際上碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，正朝著工業(yè)領(lǐng)域和普通民用領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)大發(fā)展。我國(guó)在20世紀(jì)60年代便開(kāi)展了碳纖維的生產(chǎn)研發(fā)工作，但是并未取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，技術(shù)上并未突破。而在國(guó)際上大絲束碳纖維復(fù)合材料得到廣泛的應(yīng)用，主要是由于市場(chǎng)需求，航空航天、汽車(chē)產(chǎn)業(yè)等對(duì)高性能小絲束碳纖維材料的需求較高，將這種材料應(yīng)用于零件制作中，實(shí)現(xiàn)輕量化效果，滿(mǎn)足航空航天工業(yè)的需求。國(guó)外的許多國(guó)家掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)，使得這一原材料生產(chǎn)成本較低，可應(yīng)用于大量生產(chǎn)中，促進(jìn)了碳纖維產(chǎn)業(yè)朝著規(guī)模化系統(tǒng)化的方向進(jìn)行發(fā)展。然而由于目前我國(guó)并未掌握核心技術(shù)，碳纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化的生產(chǎn)加工。

2 碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)改裝領(lǐng)域的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

碳纖維復(fù)合材料是一種無(wú)機(jī)高分子纖維，屬于高端纖維增強(qiáng)材料這一，碳纖維主要包括纖維布料，玉器料胚和短切纖維4種產(chǎn)品形式，他們都是基于碳纖維原材料進(jìn)行加工制造生成的產(chǎn)品。它的優(yōu)點(diǎn)諸多，和傳統(tǒng)的汽車(chē)制造金屬材料相比，它密度低、強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)改善了傳統(tǒng)汽車(chē)的性能，降低了整個(gè)車(chē)身的重量，提高了汽車(chē)的加速性能，減少能源的消耗和尾氣的排放，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的。碳纖維復(fù)合材料表現(xiàn)的耐沖性能十分良好，主要是由于其中的聚合物基體具有一定的粘彈性力學(xué)性能，可以吸附?jīng)_擊能量。粘彈性和界面進(jìn)行摩擦，會(huì)增大震動(dòng)衰減系數(shù)，當(dāng)汽車(chē)受到一定沖擊時(shí)，基于碳纖維復(fù)合材料制作的構(gòu)件，能夠吸收大量的沖擊能量，提高汽車(chē)的安全性能，因此它的抗熱沖擊性使它成為了發(fā)動(dòng)機(jī)罩制造的理想材料。碳纖維復(fù)合材料具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)性，它會(huì)根據(jù)用途的要求，靈活地設(shè)計(jì)產(chǎn)品。根據(jù)這一產(chǎn)品的用途和主要的受力情況，需要調(diào)整材料中的纖維結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)不同的排列設(shè)計(jì)，制作成不同厚度的制品，提高產(chǎn)品的剛性，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)輕量化。根據(jù)受力方向排列，碳纖維的纖維結(jié)構(gòu)，能夠充分發(fā)揮這一材料的性能優(yōu)勢(shì)，達(dá)到節(jié)約材料的目的。對(duì)于一些對(duì)耐腐蝕性要求較高的產(chǎn)品，可以選擇耐腐蝕性良好的樹(shù)脂材料，優(yōu)化功能設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品性能。

2.2 應(yīng)用缺點(diǎn)

碳纖維復(fù)合材料雖然改善了傳統(tǒng)材料中的弊端，但是在改裝應(yīng)用中又存在一些缺點(diǎn)，例如應(yīng)用成本較高，碳纖維行業(yè)和汽車(chē)行業(yè)規(guī)則上并不同。碳纖維復(fù)合材料中的原材料包含了樹(shù)脂、金屬、陶瓷等高分子材料，再加上制造工藝和生產(chǎn)模式使得該材料的成本價(jià)格較高。由于碳纖維的力學(xué)性能，利用材料制作的零件產(chǎn)品出現(xiàn)損壞后，難以維修，只能更換零件，在后續(xù)的維護(hù)保養(yǎng)工作中產(chǎn)生了一定費(fèi)用。目前來(lái)說(shuō)，碳纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模較小，無(wú)法滿(mǎn)足批量化生產(chǎn)的汽車(chē)，現(xiàn)如今碳纖維產(chǎn)品只用于個(gè)人需求中。

3 碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)改裝領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

3.1 碳纖維輪轂

在汽車(chē)改裝中，輪轂的改裝居多，利用碳纖維復(fù)合材料制作的輪轂不僅減輕了輪轂的重量，同時(shí)還能減少轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量。簧下質(zhì)量每減少1kg，輪轂輕量化的效果便會(huì)減少6kg。能夠有效地改善車(chē)輛的操控性能，提高輪轂的轉(zhuǎn)向反應(yīng)和路感傳遞，優(yōu)化了車(chē)輛的制動(dòng)性能。

3.2 車(chē)外身構(gòu)件

車(chē)外身構(gòu)件的各部分應(yīng)用了諸多碳纖維材料例如引擎蓋、車(chē)門(mén)、車(chē)頂、擾流板等等，碳纖維材料的使用使得車(chē)外身構(gòu)件強(qiáng)度更高。同時(shí)在同等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度條件下，它的重量會(huì)更輕，將其應(yīng)用于車(chē)輛改裝中，能夠很大程度上降低汽車(chē)車(chē)體的重量，減少能源的消耗，提高車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能。

3.3 汽車(chē)內(nèi)飾

將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)飾門(mén)窗等領(lǐng)域中，誕生了全新材質(zhì)的汽車(chē)內(nèi)飾和門(mén)窗，具有很好的減震效果。如果發(fā)生撞擊，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)大的緩沖作用，減少撞擊所帶來(lái)的破壞，提高汽車(chē)的安全性能。在內(nèi)外裝飾中，利用碳纖維復(fù)合材料制作的零件會(huì)更加地輕量化，同時(shí)簡(jiǎn)化了零件的生產(chǎn)制造工藝，降低生產(chǎn)成本，提高碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用效率。

3.4 剎車(chē)片

由于碳纖維復(fù)合材料不存在熱損耗的問(wèn)題，具有較強(qiáng)的熱化學(xué)穩(wěn)定性能，它能夠承受1000℃以上的高溫，因此常常應(yīng)用于汽車(chē)剎車(chē)片的改裝中。

3.5 進(jìn)氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域

碳纖維復(fù)合材料具有良好的加工性能和可設(shè)計(jì)性能，因此可以加工成各種曲面的復(fù)雜形狀，且材料的表面會(huì)十分地光滑，再加上其輕量化的效果，將其應(yīng)用于汽車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)的改裝中，能夠達(dá)到良好的效果，確保進(jìn)氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，優(yōu)化汽車(chē)的性能。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，碳纖維復(fù)合材料的高溫性能有別于傳統(tǒng)的其他材料，將其應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)改裝中，能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性，承受住高溫，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。在發(fā)動(dòng)機(jī)罩方面，碳纖維也得到了具體的應(yīng)用。傳統(tǒng)的鋼制發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋主要由外板內(nèi)板和加強(qiáng)件構(gòu)成。而碳纖維的應(yīng)用主要是取消了內(nèi)板，采用了加層結(jié)構(gòu)這一形式，在結(jié)構(gòu)的上下兩層中采用了碳纖維復(fù)合材料組成，外層中間填充強(qiáng)度較低的密度泡沫材料。這一結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提高了發(fā)動(dòng)機(jī)罩的整體抗拉性能和強(qiáng)度，延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

3.6 傳動(dòng)軸

將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，能夠充分發(fā)揮其各向異性、比模量相對(duì)較低、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)。同時(shí)還能減輕傳動(dòng)系統(tǒng)的重量，在同等重量和直徑的條件下，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用使得扭矩力超出鋼材的170%，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的耐疲勞性和耐久性，繼而提高汽車(chē)的使用壽命。例如寶馬新一代7系轎車(chē)中，一部分跑車(chē)便大量應(yīng)用了碳纖維技術(shù)，改造了傳動(dòng)系統(tǒng)，利用碳纖維復(fù)合材料構(gòu)建了車(chē)身，降低了整個(gè)車(chē)身的重量，使得跑車(chē)的性能更加優(yōu)良。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在汽車(chē)領(lǐng)域中，輕量化是一個(gè)主要的發(fā)展方向，而碳纖維復(fù)合材料制作的零件的應(yīng)用也推動(dòng)了這一方向的發(fā)展。尤其是我國(guó)放寬了對(duì)于汽車(chē)改裝的相關(guān)規(guī)定，使得汽車(chē)改裝獲得了較為廣闊的發(fā)展空間，而碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。碳纖維復(fù)合材料的諸多優(yōu)勢(shì)改善了傳統(tǒng)材料的性能，但同時(shí)由于它現(xiàn)在產(chǎn)品小，批量生產(chǎn)，同時(shí)也具有較高的生產(chǎn)成本，因此阻礙了碳纖維復(fù)合材料零件市場(chǎng)化的發(fā)展，并不利于碳纖維行業(yè)和汽車(chē)行業(yè)的有效聯(lián)系，目前在使用中，還主要以個(gè)性化改裝的個(gè)人客戶(hù)為主。因此在未來(lái)發(fā)展中，我國(guó)需要做好對(duì)碳纖維產(chǎn)業(yè)的研究工作，突破相關(guān)技術(shù)，形成體系化規(guī)范化系統(tǒng)化的產(chǎn)業(yè)鏈，同時(shí)制定相應(yīng)的配套扶持資金，支持企業(yè)發(fā)展，從而推動(dòng)碳纖維材料在汽車(chē)行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]童喆益，施靜，趙鑫.碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)改裝領(lǐng)域的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，（18）：195-196.

[2]孫延.汽車(chē)輕量化中碳纖維的應(yīng)用分析[J].粘接，2019，40（12）：104-106.

[3]覃炳恒.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車(chē)頂蓋的設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)[J].時(shí)代汽車(chē)，2020，（12）：109-111.

[4]謝玉銀，朱葉勤，林芳.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車(chē)研發(fā)模型中的應(yīng)用[J].上海汽車(chē)，2020，（6）：59-62.