CFRP 在汽车中的应用

CFRP 在汽车中的应用

碳纤维增强塑料（CFRP）在汽车工业中的应用日益广泛。作为优秀的轻量化材料，碳纤维布还具有耐高温、耐腐蚀、减震等性能，制品外观炫酷，因此越来越受到汽车工程师的青睐。

碳纤维增强塑料在汽车中的详细应用

轮毂

轮毂在汽车零部件中占比相当大，承载着整车的重量，因此对轮毂在制造过程中的要求极高，需要具有很强的抗冲击能力，同时还要具有良好的安全性和耐磨性。

碳纤维复合材料轮毂可以满足这些要求，同时减轻车辆重量。车辆在行驶过程中，车辆重量越大，其惯性就越大，即重量与惯性成正比。采用碳纤维复合材料制成的轮毂可以在保持良好性能的同时，最大程度地降低惯性。

车身组件

CFRP与传统金属材料相比，复合材料的比强度和比刚度明显高于普通金属材料，在同样的结构强度条件下，采用CFRP制作汽车零部件可减轻50%的重量，对提高车辆的动态性能有重要作用。

刹车盘

CFRP具有许多优异的特性，是制造刹车盘的理想材料。这些特性包括：

• 其摩擦系数保持在0.35-0.40之间，具有良好的稳定性和适应性，确保车辆在制动时保持稳定。
• CFRP的耐热温度可达2500℃，且具有很强的抗湿热和老化性能。
• CFRP的耐油、耐水性和耐腐蚀性使其成为制造刹车片的理想材料。

传动轴

为保证汽车平稳运行，传动轴应具有良好的传动能力和抗疲劳性能。碳纤维布独特的各向异性和较高的比强度，使其应用 可使传动轴重量减轻一半以上。在同等条件下，与传统金属材料相比，其扭矩可达钢材的170%以上。此外，使用碳纤维布可显著提高汽车传动轴的耐久性和抗疲劳性能。

内饰/外饰

• 外饰：CFRP 在外饰件中的应用更为广泛，尤其是高端豪华车。由于 CFRP 成本较高，外饰件通常作为高端选配设备或售后运动套件提供。CFRP 运动套件涵盖范围广泛，主要包括车身面板和外饰件，例如引擎盖、进气格栅、大灯饰条、前唇、侧裙、后视镜、门饰条、后扰流板和机翼。
• 内饰：内饰方面，由于碳纤维外观漂亮，能为整车带来亮眼的风采，因此大部分车型都采用碳纤维贴膜进行内饰改装提升，主要是因为汽车内饰件主要采用聚丙烯（PP）塑料，而CFRP在减重方面并没有太大优势，反而会导致成本飙升，因此通常采用成本较低的贴膜方式。

车门

CFRP车门与金属车门相比，在模态、刚度、强度、碰撞侵入量和速度方面均有显著改善，同时重量减轻了54.94%。

CFRP 在汽车中的应用趋势

• 轻量化设计是CFRP在汽车上应用的主要驱动力之一，车辆减重可提高燃油效率，大幅减少二氧化碳排放，但CFRP成本高昂，开发技术难度大，并非一般企业可控。
• 美观的外观也是CFRP应用的驱动因素，CFRP在汽车外饰件中的应用直接给人一种科技感、动感、运动感、时尚感，更容易吸引年轻消费者。

面临的问题CFRP 在汽车中的应用

CFRP具有密度低、模量高、比强度高等特点，是汽车轻量化设计的理想材料，但CFRP在汽车领域的应用仍面临一些问题。

• 成本高：常用碳纤维预浸料基本都在15美元/公斤以上，对比常用的碳纤维预浸料（CFRP原材料）与汽车钢材的价格，碳纤维预浸料的成本是钢材的15倍以上，虽然使用CFRP可以实现约40%的减重，但整体原材料成本远超现有钢材。
• 复杂的过程: 传统金属冲压件一般经过板材切割-冲压成型-包装，制造过程相对简单，而CFRP零件相对复杂，同时CFRP汽车零件的设计难度更大，需要经验丰富的设计师。

碳纤维增强塑料在汽车上的应用研究

CFRP是由碳纤维经树脂模压而成，根据所用树脂为基体，可分为热固性CFRP（CFRTS）和热塑性CFRP（CFRTP）两类。

目前主流为CFRTS，其强度与可靠度符合航空采用标准，但材料成本与制造成本较高，限制其仅应用于航空航天与高端汽车领域。

为了解决这一问题，需要对CFRTP进行进一步的研究和开发。热塑性树脂具有加热时软化、冷却时硬化的特性，不会发生化学反应。无论加热和冷却重复多少次，这种特性都会保持不变。因此，它适用于注塑和短时间压制成型，是一种非常经济的大规模生产材料。

使用热固性树脂制造CFRTS时，在制造过程中会产生废料，很难回收利用。但是，使用热塑性CFRP，可以回收制造过程中产生的废料。

综上所述，CFRP在汽车上有着广阔的应用前景，但由于成本较高等因素，目前CFRP主要应用于一些高端车型。