一、前言
（一）應(yīng)用背景和國(guó)家政策
當(dāng)前國(guó)際能源安全與節(jié)能環(huán)保催生了混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)，隨之而來(lái)的新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整擺上了各大汽車(chē)廠商的日程。發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)是提高汽車(chē)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、保障能源安全和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要途徑。未來(lái)五年將是電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略機(jī)遇期。“十二五”期間，國(guó)家科技計(jì)劃將加大力度，持續(xù)支持電動(dòng)汽車(chē)科技創(chuàng)新，把科技創(chuàng)新引領(lǐng)與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育相結(jié)合，組織實(shí)施電動(dòng)汽車(chē)科技發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃。受到節(jié)能減排的迫切要求，歐日各大車(chē)廠均開(kāi)始了新一輪應(yīng)用碳纖維等高強(qiáng)度復(fù)合材料的努力，發(fā)展節(jié)能型汽車(chē)在當(dāng)前已經(jīng)成為一個(gè)課題。
我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)有了一定的發(fā)展，鑒于當(dāng)前電池的比能量、比功率還比較低，電池發(fā)展瓶頸的克服還需要很長(zhǎng)一段路要走?？紤]到電動(dòng)汽車(chē)電池的能量要求，其續(xù)駛里程短的問(wèn)題更被關(guān)注，而汽車(chē)的整車(chē)重量又是影響續(xù)駛里程的一主要因素，因此除了加快電池、電機(jī)技術(shù)的研發(fā)，電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身輕量化方面的研究工作也應(yīng)重視，不僅是傳統(tǒng)汽車(chē)的重點(diǎn)研究方向，電動(dòng)汽車(chē)尤其如此，這是政策和技術(shù)上容易被忽視的。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料有非?？捎^的前景，現(xiàn)就碳纖維復(fù)合材料是否使用于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身中加以分析。
（二）輕量化方向
電動(dòng)汽車(chē)輕量化可以從電池技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、車(chē)用材料和汽車(chē)結(jié)構(gòu)四個(gè)方面入手。在當(dāng)前電池和電機(jī)的技術(shù)水平下，最大程度的輕量化要求我們?cè)谲?chē)身結(jié)構(gòu)，材料的選擇與替代兩個(gè)方面進(jìn)行合理優(yōu)化，以此平衡電池包和電機(jī)的重量。
1、結(jié)構(gòu)輕量化。車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化在滿足諸如車(chē)身剛度、模態(tài)、碰撞安全、疲勞壽命和NVH等特性的同時(shí)，也必須考慮車(chē)身結(jié)構(gòu)的可制造性和生產(chǎn)成本。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，我國(guó)已經(jīng)邁出了重要一步，目前車(chē)身有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)相當(dāng)成熟，優(yōu)化空間正在減小。
2、材料輕量化。目前仍以高強(qiáng)度鋼、鎂、鋁和塑料作為主要汽車(chē)材料組合。在輕量化趨勢(shì)下，我們應(yīng)當(dāng)深化多材料組合的應(yīng)用，在優(yōu)化組合的同時(shí)引入新材料，其效益不僅是輕量化結(jié)果本身，兩者的結(jié)合對(duì)整車(chē)開(kāi)發(fā)技術(shù)來(lái)講也是一種進(jìn)步。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展較早的原因之一是未找到合適的輕量化材料替代汽車(chē)用鋼。鋁出現(xiàn)后，便以?xún)?yōu)異的性能開(kāi)始應(yīng)用于車(chē)身，同時(shí)玻璃纖維伴隨其他復(fù)合材料也開(kāi)始出現(xiàn)。如今，碳纖維憑借其優(yōu)越性幾乎可以完全替代鋼材料。當(dāng)前已經(jīng)有憑借碳纖維材料的優(yōu)異特性成功降低車(chē)重和碳排放的實(shí)例，尤其是在一些新款電動(dòng)車(chē)中，人們可以找到碳纖維材料的身影。事實(shí)上，碳纖維材料在國(guó)內(nèi)汽車(chē)上的應(yīng)用目前僅限于某些改裝車(chē)的部件。
（三）應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)在乘用汽車(chē)碳纖維車(chē)身方面還沒(méi)有應(yīng)用性的進(jìn)展，然而在重卡中已經(jīng)有了突破性應(yīng)用。2012年11月6日，由包頭德翼車(chē)輛有限責(zé)任公司、北京藍(lán)星和中材科技三方合作的我國(guó)首輛配裝全碳纖維復(fù)合材料箱體的8.6米自卸車(chē)在包頭問(wèn)世，原金屬車(chē)廂重68噸，而碳纖維復(fù)合材料車(chē)廂重48噸，減重29%，目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)保守，再減重潛力很大。值得一提的是，用戶可在短期1-2年內(nèi)收回因復(fù)合材料的應(yīng)用增加的成本，而且使用壽命是金屬車(chē)廂的4-5倍。
國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)的碳纖維車(chē)身技術(shù)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)。雷克薩斯LFA研發(fā)團(tuán)隊(duì)深入研發(fā)CFRP的生產(chǎn)技術(shù)，由65%的碳纖維增強(qiáng)塑料和35%的鋁合金材料構(gòu)成的LFA車(chē)身，比同樣的鋁制車(chē)身輕100多kg，結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固。寶馬于2011年推出的Hommage全新概念車(chē)采用輕量化CFRP,整車(chē)質(zhì)量只有780kg。未來(lái)寶馬將要推出的電動(dòng)汽車(chē)將更多地采用碳纖維，新電動(dòng)車(chē)底盤(pán)也將在很大程度上采用碳纖維增強(qiáng)熱固性塑料。梅賽德斯奔馳SLR超級(jí)跑車(chē)，車(chē)身幾乎全部采用碳纖維復(fù)合材料，由于強(qiáng)化了碳纖維的應(yīng)用，在碰撞中具有高效的能量吸收率。更值得一提的是該車(chē)在搭載240kg電池包的情況下整車(chē)車(chē)重不超過(guò)850kg。這一應(yīng)用在降低整車(chē)質(zhì)量的同時(shí)兼顧了汽車(chē)性能與安全，可見(jiàn)碳纖維復(fù)合材料對(duì)于平衡電動(dòng)汽車(chē)電池包重量的顯著效果。
二、碳纖維復(fù)合材料
碳纖維是一種含碳量在9 2% 以上的新型高性能纖維材料, 具有重量輕、高強(qiáng)度、 高模量、耐高溫、 耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和遠(yuǎn)紅外輻射等多種優(yōu)異性能, 不僅是21世紀(jì)新材料領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品, 更是國(guó)家重要的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料, 政治、經(jīng)濟(jì)和軍事意義十分重大。盡管碳纖維可單獨(dú)使用發(fā)揮某些功能, 然而, 它屬于脆性材料, 只有將它與基體材料牢固地結(jié)合在一起時(shí), 才能利用其優(yōu)異的力學(xué)性能, 使之更好地承載負(fù)荷。因此, 碳纖維主要還是在復(fù)合材料中作增強(qiáng)材料。根據(jù)使用目的不同可選用各種基體材料和復(fù)合方式來(lái)達(dá)到所要求的復(fù)合效果。碳纖維可用來(lái)增強(qiáng)樹(shù)脂、碳、金屬及各種無(wú)機(jī)陶瓷, 而目前使用得最多、最廣泛的是樹(shù)脂基復(fù)合材料。用碳纖維與樹(shù)脂、金屬、陶瓷、玻璃等基體制成的復(fù)合材料, 廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、體育休閑領(lǐng)域以及汽車(chē)制造、新型建材、信息產(chǎn)業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是以各種樹(shù)脂、碳、金屬、陶瓷為基體材料的塑料，其根據(jù)基體材料可分為樹(shù)脂基復(fù)合材料(CFRP)、陶瓷基復(fù)合材料(CMC)和金屬基復(fù)合材料(MMC)。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的強(qiáng)度、剛度、耐熱性能是其它材料無(wú)法比擬的，其比強(qiáng)度、比模量均高于其他材料，拉伸強(qiáng)度比鋁、鋼都大，彎曲、壓縮、剪切等機(jī)械性能優(yōu)良。以樹(shù)脂和金屬為基體的復(fù)合材料在車(chē)身上的應(yīng)用較為成熟。
（一）碳纖維復(fù)合材料特性
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有應(yīng)用于車(chē)身制造的諸多優(yōu)勢(shì)。為了確保足夠的安全性能，在主承載車(chē)身結(jié)構(gòu)件上汽車(chē)廠商通常要選擇強(qiáng)度，剛性及耐沖擊性能均很高的材料用于制作主承力結(jié)構(gòu)件，這時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料就成為理想的材料選擇。環(huán)氧樹(shù)脂碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性、質(zhì)輕高強(qiáng)、與同體積的鋁合金構(gòu)件相比減重可達(dá)50%，耐沖擊，耐腐蝕抗疲勞,材料壽命長(zhǎng)，此類(lèi)材料制作的主承載車(chē)身結(jié)構(gòu)件，不僅大大提高了汽車(chē)的安全性，而且降低了車(chē)重減少了燃油消耗，提高了經(jīng)濟(jì)性，另外還改善了美觀性。
1、碳纖維復(fù)合材料具有極高的比模量和比強(qiáng)度，是目前常用材料中最高的。 密度小、質(zhì)量輕, 碳纖維的密度為1.5-2g/ , 相當(dāng)于鋼密度的1 /4、鋁合金密度1/2，用其制成與高強(qiáng)度鋼具有同等強(qiáng)度和剛度的構(gòu)件時(shí)，其重量可減輕70%左右。
表1、碳纖維—環(huán)氧增強(qiáng)塑料與幾種材料特性的比較
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材料種類(lèi)
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纖維含量體積比/%
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密度/(g·cm-3)
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拉伸強(qiáng)度/Mpa
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彈性模量/Mpa
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比強(qiáng)度/m
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比模量/km
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鋼
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—
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7.8
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1000
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214000
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1.3
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0.27
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高級(jí)合金鋼
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—
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8.0
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1280
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210000
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1.6
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0.26
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鋁
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—
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2.6
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400
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70000
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1.5
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0.27
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2A12鋁合金
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—
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2.8
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420
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71000
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1.5
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0.25
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玻璃增強(qiáng)塑料
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60單向
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2.0
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1100
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40000
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5.5
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0.2
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碳纖維環(huán)氧塑料
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高強(qiáng)度型
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60單向
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1.5
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1400
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130000
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9.3
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0.87
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高模量型
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60單向
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1.6
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1100
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190000
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6.2
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1.2
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碳纖維復(fù)合材料具有比玻璃纖維更低的密度和更高的強(qiáng)度，因此比強(qiáng)度很高。另外，由于其密度方面的壓倒性?xún)?yōu)勢(shì)，替代鋼材后，車(chē)體質(zhì)量將是鋼材的25%左右，卻10倍于鋼強(qiáng)度。
2、纖維復(fù)合材料的抗疲勞性能極佳。由于在疲勞載荷作用下的斷裂是材料內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的結(jié)果，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中碳纖維與基體間的界面能有效阻止疲勞裂紋擴(kuò)展，具有較高的斷裂韌性和假塑性，而外加載荷有增強(qiáng)纖維承擔(dān)因而疲勞強(qiáng)度極限比金屬材料和其他非金屬材料高很多。如下是三種材料疲勞強(qiáng)度的比較。
3、碳纖維復(fù)合材料是汽車(chē)金屬材料最理想的替代材料，在碰撞中對(duì)能量的吸收率是鋁和鋼的4～5倍，減輕車(chē)身質(zhì)量的同時(shí)，還能保證不損失強(qiáng)度或剛度，保持防撞性能。下面是碳纖維復(fù)合材料和其他材料的對(duì)比結(jié)果。
4、碳纖維復(fù)合材料的工藝性和可設(shè)計(jì)性好，調(diào)整CFRP材料的形狀、排布、含量，可滿足構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度等性能要求，能用模具制造的構(gòu)件可一次成型，減少緊固件和接頭數(shù)目，可以大大提高材料利用率。
（二）碳纖維車(chē)身對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程的影響
純電動(dòng)汽車(chē)在蓄電池充足電的狀態(tài)下按一定的行駛工況，能連續(xù)行駛的最大里程（km）稱(chēng)為續(xù)駛里程。等速法測(cè)試?yán)m(xù)駛里程是在道路上讓車(chē)輛以固定的速度等速行駛，當(dāng)蓄電池達(dá)到一定放電深度時(shí)，車(chē)輛駛過(guò)的距離（km）即為測(cè)量的續(xù)駛里程。等速工況續(xù)駛里程的計(jì)算： 假定純電動(dòng)汽車(chē)在續(xù)駛里程測(cè)試過(guò)程中以速度（km/h）等速行駛，當(dāng)蓄電池總能量為(單位為kWh)時(shí)，純電動(dòng)汽車(chē)在勻速行駛時(shí)的續(xù)駛里程s（單位為km）為：
（2-1）
式中 —整車(chē)重力（N）; —輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)；
—空氣阻力系數(shù)； — 迎風(fēng)面積（）；
—傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率； —電動(dòng)機(jī)及控制器效率；
—蓄電池的平均放電效率；
—蓄電池的放電深度，在實(shí)際使用中，為了保護(hù)電池防止其完全 放 電受損，保證電池的壽命，一般要求% 。
由式2-1表明當(dāng)選用碳纖維復(fù)合材料時(shí)G較小，續(xù)駛里程s就較大；當(dāng)車(chē)身變輕后，蓄電池的安裝空間也會(huì)相對(duì)變的更加寬裕。
動(dòng)力電池的容量主要是由純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程覺(jué)得的，故動(dòng)力電池容量為
(2-2)
式中—動(dòng)力電池組的容量（Ah）；
—單位行駛里程消耗的能量（）；
—動(dòng)力電池的工作電壓（)。
將2-1帶入得到 （2-3），由此說(shuō)明當(dāng)車(chē)身減輕時(shí)選擇的蓄電池容量也可以相應(yīng)增大。但是電池?cái)?shù)量、車(chē)重與安裝空間三者之間必然會(huì)有一個(gè)平衡點(diǎn)。
通過(guò)公式可以說(shuō)明使用碳纖維復(fù)合材料減輕車(chē)身重量，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程的增加在理論上是可行的，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
（三）碳纖維復(fù)合材料研究現(xiàn)狀
碳纖維生產(chǎn)工藝復(fù)雜，目前只集中于美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)。其中，日本碳纖維產(chǎn)能占世界總產(chǎn)能的75%，在小絲束碳纖維生產(chǎn)方面占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；美國(guó)產(chǎn)能占14%，在大絲束碳纖維生產(chǎn)方面有較強(qiáng)的科研基礎(chǔ)。目前世界上具有規(guī)?；a(chǎn)碳纖維能力的廠家主要有日本的三菱麗陽(yáng)公司、東邦公司和美國(guó)的氰特工業(yè)公司(Cytec)、赫氏公司(Hexcel)。
2012年12月，寶馬與波音公司展開(kāi)合作，共同研發(fā)碳纖維材料技術(shù)。目前，大眾也在爭(zhēng)取碳纖維技術(shù)伙伴，大眾旗下的蘭博基尼品牌已經(jīng)與波音達(dá)成碳纖維方面的合作。碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)成為汽車(chē)和航空制造商之間爭(zhēng)奪的新陣地。
我國(guó)的碳纖維產(chǎn)能較低，產(chǎn)品以小絲束等低檔產(chǎn)品為主，T300碳纖維實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。相比于國(guó)際水平，國(guó)產(chǎn)碳纖維由于原絲質(zhì)量等因素制約，產(chǎn)品強(qiáng)度低、均勻性和穩(wěn)定性較差。此外，我國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模性、缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)力、新技術(shù)被國(guó)際專(zhuān)利覆蓋問(wèn)題嚴(yán)重。
目前，我國(guó)的高性能PAN-CF將實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，中科院山西煤炭研究所、中復(fù)神鷹碳纖維工程技術(shù)中心的碳纖維也逐漸從研發(fā)走向生產(chǎn)。
三、應(yīng)用現(xiàn)狀及效果
碳纖維復(fù)合材料具有質(zhì)輕高強(qiáng)、高模量、減摩耐磨、熱導(dǎo)率大、自潤(rùn)滑、耐腐、抗沖擊性好、疲勞強(qiáng)度大等優(yōu)越性。目前我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展還未與汽車(chē)材料的減重結(jié)合起來(lái)，也只有個(gè)別高校研制過(guò)CFRP的電動(dòng)車(chē)樣車(chē)。對(duì)于汽車(chē)生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，碳纖維復(fù)合材料車(chē)身還具有集成化、模塊化、總裝成本低、投資小等優(yōu)點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)車(chē)身的噴涂過(guò)程和相應(yīng)的環(huán)保處理成本。
由于碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料有足夠的強(qiáng)度和剛度，其適于制造汽車(chē)車(chē)身、底盤(pán)等主要結(jié)構(gòu)件的材料。目前，在賽車(chē)和高檔跑車(chē)之外，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以很大程度地應(yīng)用于傳統(tǒng)汽車(chē)中替代傳統(tǒng)零部件材料，如發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、底盤(pán)系統(tǒng)。最重要的是車(chē)身，目前車(chē)體重量的3/4是鋼材，輕量化空間很大，碳纖維復(fù)合材料是車(chē)身材料的最好選擇。這種材料的替換應(yīng)用同樣適用于電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身，它的應(yīng)用將可大幅度降低汽車(chē)自重達(dá)4060％,對(duì)汽車(chē)輕量化具有十分重要的意義,已成為汽車(chē)輕量化材料的重要選擇。
下面是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于車(chē)身的效果對(duì)比。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可極大減輕車(chē)身重量、節(jié)省燃料和合金。在航空領(lǐng)域，1kgCFRP可代替3kg鋁合金。同時(shí)，依靠其強(qiáng)度、剛度和能量吸收率優(yōu)勢(shì)，可以極大地降低輕量化帶來(lái)的汽車(chē)安全系數(shù)降低的風(fēng)險(xiǎn)。
四、大規(guī)模應(yīng)用的阻礙因素
在技術(shù)和價(jià)格方面，以上世紀(jì)90年代的鎂合金為例，由于其價(jià)格和技術(shù)瓶頸因素當(dāng)時(shí)還作為一種潛在的汽車(chē)用材料，而現(xiàn)在，大規(guī)模開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。然而當(dāng)鎂合金供大于求而廉價(jià)出口的時(shí)候，我國(guó)汽車(chē)行業(yè)卻沒(méi)有做好準(zhǔn)備，用量極少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外汽車(chē)用料水平。兩者的不對(duì)稱(chēng)同時(shí)制約著兩個(gè)行業(yè)的發(fā)展，而在國(guó)際應(yīng)用力水平相當(dāng)?shù)那闆r下，這一現(xiàn)象對(duì)我國(guó)汽車(chē)的發(fā)展制約很大。
如今碳纖維復(fù)合材料也面臨這樣一個(gè)處境，當(dāng)我們真正開(kāi)始涉足這一新材料應(yīng)用于車(chē)身領(lǐng)域時(shí)，兩者的相互推動(dòng)作用是顯然的。碳纖維復(fù)合材料與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)結(jié)合真正面臨的挑戰(zhàn)不是滿足技術(shù)層面的需求，而是在何時(shí)、該如何涉足這一領(lǐng)域。對(duì)此，我們要了解這樣一個(gè)事實(shí)：碳纖維復(fù)合材料早已呈現(xiàn)出供不應(yīng)求之勢(shì)，其絕對(duì)優(yōu)越性迫使生產(chǎn)廠家不得不從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮它。英國(guó)克蘭菲爾德大學(xué)的研究小組已經(jīng)找到了大量生產(chǎn)碳纖維車(chē)身的方法，生產(chǎn)碳纖維汽車(chē)的成本最終可能比現(xiàn)在的金屬外殼汽車(chē)還低，因?yàn)橹圃焐滩辉傩枰顿Y昂貴的壓制工具。我們必須加快進(jìn)軍這一領(lǐng)域，著手研發(fā)應(yīng)用，為技術(shù)的成熟及市場(chǎng)的開(kāi)放做好準(zhǔn)備。
碳纖維復(fù)合材料與汽車(chē)完美結(jié)合卻未欣欣向榮的原因，除了其本身的技術(shù)因素外，還有其他因素：
1、性?xún)r(jià)比也就是成本是生產(chǎn)商必須考慮的。輕量化的成本在一定程度上會(huì)成為后期節(jié)能的前期投入，反映在價(jià)格上就是整車(chē)的價(jià)位比較高。
2、汽車(chē)發(fā)展和產(chǎn)品環(huán)境。金屬材料所占的市場(chǎng)及成熟的行業(yè)體系是碳纖維復(fù)合材料發(fā)展的主要障礙。碳纖維復(fù)合材料的技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展周期很難得到汽車(chē)投資者的的青睞，況且針對(duì)汽車(chē)與碳纖維復(fù)合材料的規(guī)模性生產(chǎn)結(jié)合需要一定的前期投資。
3、供應(yīng)商的結(jié)構(gòu)和能力。碳纖維復(fù)合材料供應(yīng)商四分五裂，在資源和生產(chǎn)能力上有限，不具設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)汽車(chē)各種性能要求的系統(tǒng)研發(fā)能力。
4、風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)辟市場(chǎng)要能夠充分應(yīng)對(duì)來(lái)自金屬材料安全性升級(jí)的壓力，這需要一定的技術(shù)突破，否則輕量化也就失去了它的意義，這是工程師們必須考慮的。
顯然，近年來(lái)借助軟件研發(fā)工具進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、快速成型工藝研究，在一定程度上掃清了碳纖維復(fù)合材料與汽車(chē)結(jié)合的障礙，而最主要的障礙在于工程師。來(lái)自汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造行業(yè)的制造工程師在全新的材料領(lǐng)域套用金屬材料的設(shè)計(jì)依據(jù)、公式和安全系數(shù)往往遇到困惑；而碳纖維復(fù)合材料行業(yè)的工程師無(wú)法做到在零件設(shè)計(jì)方面的靈活運(yùn)用來(lái)替代金屬材料。
五、引入方式
如何將碳纖維復(fù)合材料引入汽車(chē)系列產(chǎn)品尤其是電動(dòng)汽車(chē)系列產(chǎn)品是我們必須考慮的關(guān)鍵步驟，要知道，現(xiàn)今的汽車(chē)是各種功能型材料的完美組合體。碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于車(chē)身的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，然而目前成本居高不下；玻璃纖維價(jià)格低，技術(shù)較為成熟，在性能方面具有較好的斷裂應(yīng)力應(yīng)變能力，但缺乏剛性。可以考慮將兩種材料按適當(dāng)比例混合成復(fù)合材料，綜合兩種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，從而減少碳纖維的用量，降低成本。
盡管全碳纖維方案在當(dāng)前技術(shù)水平下應(yīng)用于普通汽車(chē)存在多重阻力，而且把如此全新的技術(shù)引進(jìn)到白車(chē)身技術(shù)，并進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)也有巨大風(fēng)險(xiǎn)，但是這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨著碳纖維復(fù)合材料工藝及應(yīng)用的日趨成熟而降低。碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)行業(yè)的引進(jìn)結(jié)果是一個(gè)企業(yè)的決策者從少量小型、非關(guān)鍵部件的首次低調(diào)引進(jìn)，應(yīng)用于汽車(chē)系列產(chǎn)品，并使其發(fā)展的多個(gè)載體不斷改進(jìn)、成熟的最終結(jié)果。初次與當(dāng)前材料競(jìng)爭(zhēng)要以研發(fā)應(yīng)用與汽車(chē)的小規(guī)模性結(jié)合的模式，使設(shè)計(jì)者、產(chǎn)品工程師和成本核算部門(mén)之間聯(lián)系更緊密，同時(shí)也形成了制造商與供應(yīng)商的長(zhǎng)期合作。需求形成產(chǎn)業(yè)，使供應(yīng)商逐漸融入這個(gè)增值鏈，整個(gè)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)鏈將會(huì)由小規(guī)模進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用中。
六 結(jié)論
21世紀(jì)是復(fù)合材料的時(shí)代，選擇性能優(yōu)越的復(fù)合材料以滿足時(shí)代需要是當(dāng)務(wù)之急。而在低碳節(jié)能的今天，碳纖維復(fù)合材料幾乎是目前可用的最能讓汽車(chē)減重的完美材料，可以極大地解決電動(dòng)汽車(chē)由于電池和動(dòng)力技術(shù)在節(jié)能道路上步履維艱的現(xiàn)狀，加快電動(dòng)汽車(chē)低碳的步伐。與此同時(shí)，使用碳纖維復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的車(chē)身材料能很好的減輕車(chē)身重量，對(duì)汽車(chē)輕量化這一課題有著非常重要的實(shí)際意義，尤其是在電動(dòng)汽車(chē)上彌補(bǔ)了電池的比能量質(zhì)的不足，在減輕車(chē)身自重的同時(shí)增大電池的安裝空間，增大了電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程，這對(duì)目前電動(dòng)汽車(chē)的推廣有著非常重要的意義。
隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高及環(huán)保法律的完善，電動(dòng)汽車(chē)在汽車(chē)領(lǐng)域所占的比重將逐漸增加，因此，電動(dòng)汽車(chē)所面臨的一些困境都將逐漸被克服以滿足當(dāng)前社會(huì)的需要，而電動(dòng)汽車(chē)更加節(jié)能化的時(shí)代必然會(huì)以碳纖維復(fù)合材料的逐漸應(yīng)用拉開(kāi)序幕，碳纖維復(fù)合材料作為未來(lái)汽車(chē)材料發(fā)展的主流，必然會(huì)在今后的研發(fā)中占據(jù)不可替代的位置。碳纖維復(fù)合材料性能、壽命、回收都會(huì)隨著應(yīng)用而展開(kāi)研究。我們應(yīng)該堅(jiān)信碳纖維復(fù)合材料在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用是前景光明的！
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