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【原创】碳纤维及其复合材料在汽车工业中的应用

1月22日

在当前环保法规日益严格和公众对低碳生活方式广泛认可的背景下,汽车产业已将节能减排作为其核心议题。鉴于能源技术革新的局限性,车辆轻量化成为实现汽车节能减排目标的关键途径之一。研究显示,汽车整车重量降低10%时,燃油效率可提高6% ~ 8%。碳纤维因比模量和比强度高、减重潜力大、安全性好等突出优点,被认为是汽车轻量化的理想材料。据统计,2023年全球汽车市场对碳纤维的需求量为9 500 t,预计到2030年,需求量将达到2.91万t。


在碳纤维汽车轻量化应用领域,德国宝马(BMW)公司一直致力于开展汽车行业轻量化结构的研究。宝马i3全碳纤维车身电动车量产,使得宝马成为第一家大批量使用碳纤维复合材料作为车身材料的整车厂商。宝马第 6 代BMW 7 系汽车是宝马核心产品中第一款实现将工业制造的碳纤维材料、高强度钢材和铝材完美组合应用到车身的车型。目前,在宝马各系列车型中的车身、底盘、车顶、车门、头盖、引擎盖、尾翼、压尾翼等30多种零部件均使用了碳纤维复合材料。


宝马i3的碳纤维空间架构

除宝马外,各大知名汽车厂商也纷纷将碳纤维复合材料应用于其车型上,如柯尼塞格旗下的Regera为第一款用裸碳纤维制成的跑车,全车版件均采用KNC(柯尼塞格裸露碳纤维)材质,相较于同样采用全碳纤版件却搭配喷漆涂装的Regera,车重减轻20 kg。兰博基尼Aventador SVJ的车身、底盘大量采用碳纤维,以减轻重量并提升性能;Sian FKP 37采用了碳纤维单体壳、全碳纤维车身,并在空气动力学部件以及内饰中使用了碳纤维及其复合材料,减轻了车身重量,提升了车辆的刚性和安全性能,并使其拥有更低的油耗和更长的续航里程。迈凯伦Speedtail基于精细编织的碳纤维结构,采用钛层熔合于织物上,既保持了碳纤维的高强度和低重量,又为打造各色的饰面创造了可能。


Regera裸碳表面

碳纤维复合材料在国产汽车领域的应用也在逐渐起步,比亚迪、奇瑞、北汽、长安、蔚来等量产车型已开始应用碳纤维复合材料(CFRP)零部件,如比亚迪仰望U9采用一体式碳纤维单体座舱,并在空气动力学部件上大量使用碳纤维,如大尺寸碳纤维固定式尾翼等;奇瑞公司和中国科学院合作推出了插电式混合动力车艾瑞泽 7,车身采用碳纤维复合材料,外壳重量减轻10%,油耗降低7%,车身总体减重达40% ~ 60%。同时国内还涌现出一批CFRP零部件生产供应企业,如江苏澳盛复合材料科技有限公司、江苏亨睿碳纤维科技有限公司、上海卡涞复合材料科技有限公司、上海华渔传动科技有限公司等,都已建立了低成本自动化量产零部件应用示范生产线。

更多内容,请关注纺织导报2025年第1期《碳纤维及其树脂基复合材料成型工艺与应用研究进展》一文。

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