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汽車輕量化之王“碳纖維及其復合材料”

2018-12-26 12:39:12 作者：本網整理來源：中國汽車材料網分享至：

碳纖維增強復合材料有著絕佳的物理特性：比鋁輕30%、比鋼輕50%，強度卻是鋼的7至9倍，最早用于航空、航天、軍工等科技高精尖領域。業界公認，CFRP（碳纖維增強復合材料）是目前解決新能源汽車減重的最好方法，碳纖維的應用可使汽車減重30%～60%，被譽為“輕量化之王”，是新能源汽車“瘦身革命”的領導者，在汽車輕量化方面發揮著關鍵作用。

碳纖維是由有機母體纖維（粘膠絲、聚丙烯腈或瀝青等）采用高溫分解法在1000~3000℃高溫的惰性氣體下碳化制成，其結果是除碳以外的所有元素都予以去除。一般碳纖維材料含碳量高于90%以上。其含碳量隨種類不同而異，其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。

目前世界各國發展的主要是聚丙烯腈集（PAN基）碳纖維和瀝青基碳纖維。PAN基碳纖維是當今世界碳纖維發展的主流，占世界碳纖維市場的75%。碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性，是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高比強度（即材料的強度與其密度之比）和最高比模量的纖維，特別是在2000℃以上的高溫惰性環境中，碳材料是唯一強度不下降的物質，是其它主要結構材料（金屬及其合金）所無法比擬的。

碳纖維零件的工藝目前常用的熱固性復合材料制作件的生產工藝主要包括：手糊成型、噴射成型、纏繞、拉擠成型、樹脂傳遞模塑成型（TRM），樹脂膠膜浸潤成型（RFI）以及預浸料、熱壓罐成型和模壓成型等，對制作汽車主要結構件而言，適合的碳纖維產品生產工藝主要有手糊成型，RTM，TFI以及預浸料/熱壓罐（SMC）成型等。

碳纖維材料的應用碳纖維主要作為復合增強材料，包括碳纖維增強陶瓷基復合材料，C/C復合材料，碳纖維增強金屬基復合材料，碳纖維增強樹脂基復合材料等。

①碳纖維增強陶瓷基復合材料用碳纖維增強陶瓷可有效改善韌性，改變陶瓷脆性斷裂形態，同時阻止裂紋在陶瓷基體中的迅速傳播、擴展。

②C/C復合材料它是由碳纖維或織物、編織物等增強碳基復合材料構成，主要由各類碳組成，即纖維碳、樹脂碳和沉積碳。這種材料除具備高強度、高剛性、尺寸穩定、抗氧化和耐磨損等特性外，還具有較高的斷裂韌性和假塑性。

③碳纖維增強金屬基復合材料碳纖維增強金屬基復合材料具有高的比強度和比模量，高的韌性和耐沖擊性能。目前碳纖維增強鋁、鎂基復合材料的制備技術比較成熟。

④碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）碳纖維增強樹脂基復合材料具有質輕、高強、耐高溫、抗腐蝕、熱力學性能優良等特點，被廣泛應用作結構材料及耐高溫燒蝕材料。碳纖維增強樹脂基復合材料所用樹脂基體主要分為兩類，一類是熱固性樹脂，另一類是熱塑性樹脂。

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責任編輯：韓鑫

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