碳纤维复合材料在汽车改装领域的应用

易汝龙

摘 要：我国针对汽车改装的政策作出了恰当的修改，加上我国汽车保有量数量的不断增加，为汽车改装带来了十分广阔的市场。目前汽车轻量化是汽车领域发展的一个重要方向，所应用到的碳纤维复合材料具有轻量化的特点，因此在汽车改装领域中得到了广泛的应用。但是碳纤维复合材料也存在一定的缺点，由于其生产，研发，推广等环节相脱节，生产成本较高，并未实现规模化的发展，增加了生产成本，大多数情况下都是以个性化改装的个体客户为主，难以大批量地应用于汽车生产中。但不可忽略的是碳纤维复合材料的应用优势，碳纤维复合材料主要应用于汽车的轮毂、内饰、外身构件、刹车片、发动机等各部分，优化了汽车的各项性能，减轻了车身的重量，深受消费者欢迎。在今后发展中，将成为国内改装市场的主要模式。

关键词：碳纤维复合材料 汽车改装 应用

Application of Carbon Fiber Composite Materials in the Field of Automobile Modification

Yi Rulong

Abstract：China has made appropriate amendments to the policy of car modification， coupled with the continuous increase in the number of car ownership， which has brought a very broad market for car modification. At present， the lightweight of automobiles is an important direction for the development of the automobile field. The carbon fiber composite materials used have the characteristics of lightweight， so they have been widely used in the field of automobile modification. However， carbon fiber composite materials also have certain shortcomings. Due to the disconnection of production， research and development， promotion and other links， the production cost is high， and the large-scale development has not been realized， which increases the production cost. In most cases， it is customized for individual customers and is difficult to apply to automobile production in large quantities. But what cant be ignored is the application advantages of carbon fiber composite materials. Carbon fiber composite materials are mainly used in automobile wheels， interiors， outer body components， brake pads， engines and other parts， optimizing the performance of the automobile and reducing the weight of the body， which is welcomed by consumers. In the future development， it will become the main mode of the domestic refitting market.

Key words：carbon fiber composite material， car modification， application

碳纖维复合材料具有质量轻耐腐蚀安全性高等诸多优点，将其应用于改装领域中，符合了汽车发展的要求，满足了客户的需求。在先进的硬件技术支持下，碳纤维复合材料应用于汽车改装中取得了良好的效果，使得改装后的汽车具有较高的实用性。在全球发展中，美国日本德国的碳纤维产业规模较大，发展迅速，主要是由于市场的需求以及碳纤维原料成本较低等原因促进了碳纤维产业的发展。而我国的碳纤维研发生产应用各个环节缺乏有效的联系，针对碳纤维市场化发展的应用技术开发相对滞后，限制了产业的发展。在小规模化应用中，碳纤维复合材料主要应用于汽车制动系统、传动系统、内外零件装饰等改装中，减轻了汽车重量，优化了汽车性能。

1 碳纤维复合材料的概述

碳纤维复合材料与高分子材料复合制成的材料为碳纤维复合材料，它具有质量轻、耐腐蚀、高强度、抗辐射抗老化、减振阻尼等优点，能够满足汽车设计轻量化的需求，提高汽车的安全性能。碳纤维是唯一强度不下降的物质，是金属材料等无法比拟的，它具有十分出色的力学性能和化学稳定性，将其应用于汽车改装领域中，不仅能够实现节能减排，达到省油的效果，还能提高汽车的防撞性能。国际上碳纤维产业发展十分迅速，正朝着工业领域和普通民用领域进行扩大发展。我国在20世纪60年代便开展了碳纤维的生产研发工作，但是并未取得实质性的进展，技术上并未突破。而在国际上大丝束碳纤维复合材料得到广泛的应用，主要是由于市场需求，航空航天、汽车产业等对高性能小丝束碳纤维材料的需求较高，将这种材料应用于零件制作中，实现轻量化效果，满足航空航天工业的需求。国外的许多国家掌握了碳纤维生产的核心技术，使得这一原材料生产成本较低，可应用于大量生产中，促进了碳纤维产业朝着规模化系统化的方向进行发展。然而由于目前我国并未掌握核心技术，碳纤维复合材料的生产成本较高，难以实现大规模化的生产加工。

2 碳纤维复合材料应用于汽车改装领域的优缺点

2.1 应用优点

碳纤维复合材料是一种无机高分子纤维，属于高端纤维增强材料这一，碳纤维主要包括纤维布料，玉器料胚和短切纤维4种产品形式，他们都是基于碳纤维原材料进行加工制造生成的产品。它的优点诸多，和传统的汽车制造金属材料相比，它密度低、强度高、耐化学腐蚀性好等优点改善了传统汽车的性能，降低了整个车身的重量，提高了汽车的加速性能，减少能源的消耗和尾气的排放，达到了节能环保的目的。碳纤维复合材料表现的耐冲性能十分良好，主要是由于其中的聚合物基体具有一定的粘弹性力学性能，可以吸附冲击能量。粘弹性和界面进行摩擦，会增大震动衰减系数，当汽车受到一定冲击时，基于碳纤维复合材料制作的构件，能够吸收大量的冲击能量，提高汽车的安全性能，因此它的抗热冲击性使它成为了发动机罩制造的理想材料。碳纤维复合材料具有较强的设计性，它会根据用途的要求，灵活地设计产品。根据这一产品的用途和主要的受力情况，需要调整材料中的纤维结构，经过不同的排列设计，制作成不同厚度的制品，提高产品的刚性，同时也能实现轻量化。根据受力方向排列，碳纤维的纤维结构，能够充分发挥这一材料的性能优势，达到节约材料的目的。对于一些对耐腐蚀性要求较高的产品，可以选择耐腐蚀性良好的树脂材料，优化功能设计，提高产品性能。

2.2 应用缺点

碳纤维复合材料虽然改善了传统材料中的弊端，但是在改装应用中又存在一些缺点，例如应用成本较高，碳纤维行业和汽车行业规则上并不同。碳纤维复合材料中的原材料包含了树脂、金属、陶瓷等高分子材料，再加上制造工艺和生产模式使得该材料的成本价格较高。由于碳纤维的力学性能，利用材料制作的零件产品出现损坏后，难以维修，只能更换零件，在后续的维护保养工作中产生了一定费用。目前来说，碳纤维产品的生产规模较小，无法满足批量化生产的汽车，现如今碳纤维产品只用于个人需求中。

3 碳纤维复合材料在汽车改装领域中的具体应用

3.1 碳纤维轮毂

在汽车改装中，轮毂的改装居多，利用碳纤维复合材料制作的轮毂不仅减轻了轮毂的重量，同时还能减少转动的惯量。簧下质量每减少1kg，轮毂轻量化的效果便会减少6kg。能够有效地改善车辆的操控性能，提高轮毂的转向反应和路感传递，优化了车辆的制动性能。

3.2 车外身构件

车外身构件的各部分应用了诸多碳纤维材料例如引擎盖、车门、车顶、扰流板等等，碳纤维材料的使用使得车外身构件强度更高。同时在同等结构强度条件下，它的重量会更轻，将其应用于车辆改装中，能够很大程度上降低汽车车体的重量，减少能源的消耗，提高车辆动力学性能。

3.3 汽车内饰

将碳纤维复合材料应用于汽车内饰门窗等领域中，诞生了全新材质的汽车内饰和门窗，具有很好的减震效果。如果发生撞击，会出现强大的缓冲作用，减少撞击所带来的破坏，提高汽车的安全性能。在内外装饰中，利用碳纤维复合材料制作的零件会更加地轻量化，同时简化了零件的生产制造工艺，降低生产成本，提高碳纤维复合材料的应用效率。

3.4 刹车片

由于碳纤维复合材料不存在热损耗的问题，具有较强的热化学稳定性能，它能够承受1000℃以上的高温，因此常常应用于汽车刹车片的改装中。

3.5 进气系统、发动机领域

碳纤维复合材料具有良好的加工性能和可设计性能，因此可以加工成各种曲面的复杂形状，且材料的表面会十分地光滑，再加上其轻量化的效果，将其应用于汽车进气系统的改装中，能够达到良好的效果，确保进气系统的稳定运行，优化汽车的性能。在发动机中，碳纤维复合材料的高温性能有别于传统的其他材料，将其应用于发动机改装中，能够提高发动机的稳定性，承受住高温，确保发动机的稳定运行。在发动机罩方面，碳纤维也得到了具体的应用。传统的钢制发动机罩盖主要由外板内板和加强件构成。而碳纤维的应用主要是取消了内板，采用了加层结构这一形式，在结构的上下两层中采用了碳纤维复合材料组成，外层中间填充强度较低的密度泡沫材料。这一结构的设计提高了发动机罩的整体抗拉性能和强度，延长了发动机的使用寿命。

3.6 传动轴

将碳纤维复合材料应用于汽车的传动系统中，能够充分发挥其各向异性、比模量相对较低、比强度高的特点。同时还能减轻传动系统的重量，在同等重量和直径的条件下，碳纤维复合材料的应用使得扭矩力超出钢材的170%，提高传动系统的耐疲劳性和耐久性，继而提高汽车的使用寿命。例如宝马新一代7系轿车中，一部分跑车便大量应用了碳纤维技术，改造了传动系统，利用碳纖维复合材料构建了车身，降低了整个车身的重量，使得跑车的性能更加优良。

4 结语

总而言之，在汽车领域中，轻量化是一个主要的发展方向，而碳纤维复合材料制作的零件的应用也推动了这一方向的发展。尤其是我国放宽了对于汽车改装的相关规定，使得汽车改装获得了较为广阔的发展空间，而碳纤维复合材料的应用将会越来越广泛。碳纤维复合材料的诸多优势改善了传统材料的性能，但同时由于它现在产品小，批量生产，同时也具有较高的生产成本，因此阻碍了碳纤维复合材料零件市场化的发展，并不利于碳纤维行业和汽车行业的有效联系，目前在使用中，还主要以个性化改装的个人客户为主。因此在未来发展中，我国需要做好对碳纤维产业的研究工作，突破相关技术，形成体系化规范化系统化的产业链，同时制定相应的配套扶持资金，支持企业发展，从而推动碳纤维材料在汽车行业中的广泛应用。

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