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碳纤维复合材料在汽车上应用的四大优点

纤维增强复合材料有着绝佳的物理特性:比铝轻30%、比钢轻50%,强度却是钢的7至9倍,最早用于航空、航天、军工等科技高精尖领域。业界公认,CFRP(碳纤维增强复合材料)是目前解决新能源汽车减重的最好方法,碳纤维的应用可使汽车减重30%~60%,被誉为“轻量化之王”,是新能源汽车“瘦身革命”的领导者,在汽车轻量化方面发挥着关键作用。


一、轻量化


碳纤维复合材料具有其他材料不可比拟的比强度和比模量,密度只有1.6g/cm³左右,远低于钢铁和铝,将其应用于车身及其它零部件的设计可降低整车质量的35%左右,降低燃油消耗。如大众新推出的采用碳纤维复合材料年身和零部件的XL1车型总质量只有795kg,结合混动技术,百公里油耗仅0.9升。


表·碳纤维复合材料与其他材料的性能对比


图 Polestar 1使用碳纤维增强复合材料,车身减重230公斤,图片Polestar官网


二、耐久性


碳纤维复合材料主要由碳纤维丝束和树脂材料组成,碳元素化学性质稳定,无需进行表面防腐处理,其耐候性及耐老化性极好,寿命一般为钢材的2-3倍。采用CFRP材料生产的功能性零部件的疲劳强度也远高于钢材。

图 碳纤维复合材料具有优异的力学性能、耐热性和耐久性,可替代金属作为轮毂材料,图片来自环球网


三、安全性


碳纤维复合材料的抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是普通钢材的5倍,由碳纤维材料制作的驾驶舱在碰撞中变形极小,可有效保护驾乘者的生存空间。经特殊编织的碰撞吸能结构在高速碰撞中碎裂为较小的碎片,吸收大量撞击能量(能量吸收性为一般钢材的3倍以上),能有效提高车辆被动安全。

图 碳纤维复合材料与其他材料的能量吸收率对比

图 碳纤维汽车碰撞试验


四、美观性


表面只喷涂一层清漆,可以清晰的看见内部的碳纤维丝束经纬或者斜线交叉排列,显得致密规整。将碳纤维复合材质应用到车尾扰流板,后视镜,车顶,仪表板,副仪表板,门芯板和方向盘等可视化较高的零部件上,营造出车辆科技运动的视觉效果。

图 东丽PAN碳纤维车顶,碳纤维丝束致密规整,科技感十足

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