汽車輕量化的“王者之材”——碳纖維及其復合材料

       隨著全球能源危機爆發(fā)和環(huán)保意識的增強，各國紛紛推行降低汽車油耗的政策，并突破口放在了汽車輕量化方面。碳纖維及其復合材料是目前眾多汽車輕量化解決方案中最前沿、最具潛力的材料。尤其是近兩年，新能源汽車的快速發(fā)展給碳纖維及其復合材料的發(fā)展提供了巨大機遇。
       碳纖維（Carbon Fiber， 簡稱CF），為含碳量在95%以上的高強度碳材料，它是由石墨微晶等有機物纖維沿纖維軸向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化工藝處理而得到的微晶石墨集合體。碳纖維按原料來源可分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維、酚醛基碳纖維、氣相生長碳纖維，其中用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維，占市場的90%左右。
       當碳纖維結合樹脂、固化劑、陶瓷、金屬等，經(jīng)過一系列固化處理，制成的結構材料簡稱“碳纖維復合材料”，其金屬特性可優(yōu)于金屬材料。

碳纖維復合材料的優(yōu)勢
       輕量化：碳纖維復合材料具有其他材料不可比擬的比強度和比模量，密度只有1.6g/cm3左右，遠低于鋼鐵和鋁，將其應用于車身及其它零部件的設計可降低整車質量的35%左右。
       強度高：碳纖維復合材料的抗拉強度一般都在3500Mpa以上，比絕大多數(shù)金屬的比強度高7倍以上。由碳纖維材料制作的駕駛艙在碰撞中變形極小，可有效保護駕乘者的生存空間。此外，經(jīng)特殊編織的碰撞吸能結構在高速碰撞中碎裂為較小的碎片，有效提高車輛被動安全。

       耐久性：碳纖維復合材料主要由碳纖維絲束和樹脂材料組成，化學性質穩(wěn)定，無需進行表面防腐處理，其耐候性及耐老化性極好，壽命一般為鋼材的2-3倍。采用CFRP材料生產(chǎn)的功能性零部件的疲勞強度也遠高于鋼材。
       耐高溫：碳纖維在400℃以下性能非常穩(wěn)定，甚至在1000℃時仍無太大變化。復合材料耐高溫性能主要取決于基體的耐熱性，樹脂基復合材料其長期耐熱性達300℃左右，陶瓷基、碳基和金屬基的復合材料耐高溫性能可與碳纖維本身匹配。
       熱膨脹系數(shù)?。?/STRONG>碳纖維本身的熱膨脹系數(shù)，室內為負數(shù)（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃時為零，在小于1000℃時為1.5×10-6/K。由它制成的復合材料膨脹系數(shù)自然比較穩(wěn)定，有利于保障駕駛安全性。