CFRP在汽車領域的發展趨勢和應用前景如何？

碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。 碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為 23000~43000Mpa也高于鋼。但碳纖維材料也只是沿纖維軸方向表現出很高的強度，其耐沖擊性卻較差，容易損傷，所以在制造成為結構組件時往往利用其耐拉質輕的優勢而避免去做承受側面沖擊的部分。

碳纖維復合材料（CFRP）是由作為增強材料的碳纖維和作為基體材料的樹脂組成（可以看成為1+1）。而一般復合材料的性能是優于其組分材料性能的，并且產生了一些原有組分材料所沒有的性能（可以理解為1+1>2）。

碳纖維增強復合材料具有高強度、高模量，已在航天航空等領域廣泛使用，是制造衛星、導彈、飛機的重要結構零部件的關鍵結構材料，同時也受到汽車工業廣泛重視，現在的F1（世界一級方程錦標賽）賽車，車身大部分結構都用碳纖維材料。頂級跑車的一大賣點也是周身使用碳纖維，用以提高氣動性和結構強度。

我國碳纖維復合材料發展現狀及趨勢

我國碳纖維復合材料的研究開發自20世紀60年代以來，至今已有50年的歷史，但進展緩慢，同時由于發達國家對我國幾十年的技術封鎖，至今沒能實現大規模工業化生產，工業及民用領域的需求長期依賴進口，嚴重影響了我國高技術的發展，尤其制約了航空航天及國防軍工事業的發展，與我國的經濟社會發展進程極不相稱。所以，研制生產高性能、高質量的碳纖維復合材料，以滿足軍工和民用產品的需求，扭轉大量進口的局面，是當前我國碳纖維工業發展的迫切任務。隨著國外大量投資涌入碳纖維領域，越來越多的國內企業也不惜重金進入到該領域。目前中國碳纖維生產企業已近30家，規劃產能在7-8萬噸/年。除了民營企業，中國石油、中國石化、中國化工、中國鋼鐵、中國建材、首鋼國際等大型國企都已介入。

就碳纖維產品而言，中國高性能碳纖維還基本處于空白，國內只有相當于或次于T300級碳纖維的產品，并存在穩定性及成本問題。T700、T800級碳纖維尚處于工程化研究階段，難以大規模應用。目前國內以3k（每束3000根）、12k的T300級碳纖維為主打產品。國外單線最大產能已達1800噸(12k)，生產效率高。相比之下中國生產技術和設備規模均有較大差距，因此成本差異很大，另一方面，由于碳纖維原材料價格居高不下，難以像玻璃纖維那樣被廣泛應用，制約了碳纖維復合材料的大面積應用，因此開發低成本技術（包括材料、設計、制造、使用維護）成為當務之急。據了解，日本東麗T700級碳纖維的成本與國內T300級的成本相當。導致中國碳纖維產品沒有市場競爭力。此外，我國碳纖維企業還存在諸多問題：

1、 碳纖維產品系列化生產程度低；

2、 產品品種、規格少、結構單調、滿足不了用戶需求；

3、 生產經營不能適應市場“多品種、小批量、快設計、快周轉、供貨急”的要求；

隨著我國對碳纖維復合材料的市場需求與日俱增，加快我國碳纖維復合材料發展進程勢在必行。目前我國碳纖維復合材料在航空航天、汽車、風電葉片等方面的應用還非常小，市場未來的增長點將會集中在風電葉片、建筑材料、汽車、大飛機、壓力容器和高壓輸電線等新興工業領域。特別是在汽車領域，由于其重量輕，以及具有高強度（是鋼鐵的5倍）、高模量和良好的耐熱、耐腐蝕性等特點，已成為一種非常理想的汽車輕量化材料。隨著汽車等其它新興領域對碳纖維復合材料的不斷研究和應用，輕質、高強的碳纖維復合材料的應用將會越來越廣泛。

碳纖維復合材料在汽車上的應用

汽車工業上常用的碳纖維增強樹脂基復合材料的密度為1.5-2.0g/立方厘米，這只有普通碳鋼的1/4-1/5，比常用的鋁合金還要輕1/3左右，但碳纖維復合材料的機械性能優于金屬材料，其抗拉強度高于鋼材3-4倍，剛度高于鋼材2-3倍。使用碳纖維材料，在減輕車身質量的同時，也可使得功率需求更小，進而采用更小驅動引擎和懸掛裝置，通過減少動能而減少沖擊危險，這種螺旋迭代式的結果將使得車身質量進一步減輕。因此，用碳纖維復合材料替換原來的鋼制件，其輕量化效果明顯。

福特作為美國規模最大的汽車制造商之一，在旗下高性能車款的研發方面從未停止過前進的步伐，除全新野馬（Mustang）車型外，還將推出能夠向超級跑車發起挑戰的高性能車款。近日，記者從海外媒體Motorauthority獲悉，福特將推出旗下最高性能跑車——全新福特GT，并且均由碳纖維復合材質所打造。

福特GT將采用中置引擎、后輪傳動的動力布局，此款車架設計能夠使車體重心與載重平衡更為合理，以達到43：57的前后重量分配，從而減少動力流失及提升操控特性，最終發揮出雙渦輪增壓引擎的強勁動力，而這款全新跑車也將于明年正式發布。　　

寶馬集團憑借十多年的深入研究以及工藝、材料、設備和工具的優化，以及在量產車中使用碳纖維增強復合材料(CFRP)積累的經驗，成為目前唯一掌握在大規模生產中使用碳纖維增強復合材料(CFRP)科技的汽車制造商。

全新第六代BMW 7系于今年6月在德國慕尼黑寶馬世界全球揭幕，將在今年第四季度全球上市。與歷代BMW 7系一樣，全新一代BMW 7系引領著豪華轎車的創新方向，全新BMW 7系的智能車身理念是通過由碳纖維增強復合材料（CFRP）、超高強度鋼和鋁合金組成的混合型結構。碳纖維材料被大規模應用在車體框架中，用于加固車頂橫梁結構以及B柱和C柱、底部側圍、中央通道和后部支撐部件。由碳纖維增強復合材料（CFRP）與超高強度鋼材構成的混合材料結構，大幅增強了B柱區域這一車身關鍵部位的強度。碳纖維材料在提高乘客艙的強度和剛度的同時，還顯著降低了整車重量，與上一代車型相比，實現最大減重130千克。 今年6月，在英國舉行的古德伍德速度節（GoodWoodFestivalofSpeed）上，英國跑車制造商路特斯發布了該品牌有史以來速度最快價格最昂貴的跑車——“3-Eleven”。3-Eleven采用了輕量化設計，整車重量不足900公斤，其車身使用了大量碳纖維復合材料（加入樹脂灌注成型工藝），相比玻璃增強塑料（GRP），碳纖維復合材料重量減輕了40%，但剛度卻大幅提升。

國內碳纖維復合材料也有重大進展，2014年9月在上海舉行的第20屆中國國際復合材料展覽會上，中國科學院寧波材料技術與工程研究所和奇瑞汽車有限公司聯合打造的“碳纖維復合材料電動汽車”榮獲“中國復材展-JEC”優秀創新產品獎。本產品是國內首款車身主體由碳纖維復合材料與先進工藝制作的車型，也是奇瑞首款采用PHEV插電式混合動力車型，為節能環保提供高效解決方案。其核心優勢在于采用碳纖維復合材料輕量科技，車身僅218Kg（減重48%），整車減重15%，有效減少污染物排放；同時，碳纖維復合材料的應用顯著提高了汽車的抗沖撞性能和操控性；其映射出的運行型設計元素，給輪廓設計帶來動感，深沉的黑色編織花紋高端貴氣，黑色的炫酷外觀造型時尚美觀，帶來極為強烈的視覺效果體驗。

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責任編輯：Arthas