碳纤维在汽车领域应用现状及案例分析Word下载.docx

1、汽车轻量化和碳纤维应用关系表碳纤维复合材料目前已经 在高端车、超跑、赛车、改装车、限量版车型以及少量的电 动车上开始大量应用。 碳纤维复合材料应用领域和车型 目前，碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用主要分布在汽 车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等等。 （ 1）碳纤维在 汽车车身中的应用 碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，是制造 汽车车身的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车 车身减轻质量 40%-60% ，相当于钢结构质量的 1/3-1/6 。英 国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究， 结果表明， 碳纤维增强聚合物材料车身重 172 kg ，而钢制车 身质量为

2、 368 kg ，减重约 50% 。目前赛车和部分改装车大 多选用碳纤维复合材料车身，在降低重量的同时，因复合材 料碰撞时减少了碎片的产生，从而提高了安全性。应用实例：宝马 i3 碳纤维座舱减重 50% 通用超轻概念车采用碳纤维车身和底盘减重 68% 斯巴鲁 WRX STItS 采用 CFRP 车顶，相比钢板减重 80% （2）碳纤维在汽车轮毂中的应用作为保证汽车行驶安全的 重要部件之一，轮毂不仅要承受整车重量和载重，还要传递 驱动和扭矩。这对汽车轮毂的质量要求极高。汽车轮毂要具 有较高的强度和抗冲击性，较好的耐热和导热性以及较好的 耐久性和安全性。碳纤维复合材料具有优异的力学性能、耐 热性和

3、耐久性，可替代金属作为轮毂材料。同时，碳纤维材 料的使用使得轮毂质量得到降低，有助于减少车轮转动惯量， 使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。 福特新一代野马 Shelby GT350R 配备了碳纤维轮毂。其重 量仅为 8.6kg ，而一般铝合金轮毂重量要达到 15kg 。 瑞典柯尼赛格的 Agera 车型整个轮毂上除了轮胎气门嘴， 其 余部件均为碳纤维打造。 在降低约 20kg 的簧下质量的同时， 还保证了坚固和安全。（3）碳纤维在刹车系统中的应用汽车制动器衬片主要使用 石棉材料，制动时易摩擦产生高温，出现性能的热衰退，而 产生的石棉粉尘有致癌危害。碳纤维复合材料的比强度高、 耐磨性好、耐

4、热性好，应用在汽车刹车片上，可作为石棉的 替代品。碳纤维制动盘可以在 50m 内将车速由 300KM/h 降 到50Km/h。碳纤维制动盘可承受 2500 C的高温，且性能稳 定。 Porsche AG 等车采用碳纤维制动盘，能在 50m 内将车速从 300km/h 降到 50km/h 。（4）碳纤维在内外饰中的应用碳纤维复合材料具有较好的 强度、韧性、耐热性和耐老化性，可改善传统塑料制品脆性 高、耐久性不好的缺点，作为汽车内饰材料使用。碳纤维复 合材料还具有较高的强度和刚性、较好的抗冲击性，可作为金属材料的替代品运用于汽车外饰构件。同时，碳纤维复合材料具有较好的吸振效果，对撞击有较大的缓冲作

5、用，且减少撞击碎片的产生，提高了安全性。此外，碳纤维内外饰材料的使用，除了达到汽车轻量化效果，还简化了零件制造工艺，降低了零件加工、装配、维修费用，降低生产成本。应 用实例：宝马 M4 配备了碳纤维质地的前后保险杠改装版奔驰 G50 在外部套件、 内外饰等多处使用碳纤维复合 材料，在减重的同时动力也得到升级。（5）碳纤维在传动轴中的应用汽车传动轴的受力情况比较 复杂，尤其要承受很大的扭矩，对材料性能要求较高。碳纤 维增强复合材料具有各向异性、比强度高和比模量相对较低 的特点，替代金属材料作为传动轴可较好的满足使用需求。 碳纤维传动轴不仅可减轻重量 60% ，而且具有更好的耐疲劳 性和耐久性。丰

6、田 86 碳纤维传动轴仅 5.53kg ，减重 50% 兰博基尼第六元素概念车使用碳纤维 * 连杆取代钢制连接件， 重量减轻 40%-50% 。（6）碳纤维在进气系统中的应用碳纤维复合材料作为汽车 进气系统材料，一方面可减轻重量，达到轻量化的效果；另 一方面，碳纤维材料易加工成各种曲面形状，且表面较为光滑，可有效提高进气效率。福特 FalconXR6 Sprint 轿车采用 100% 碳纤维制造的进气系 统。碳纤维进气管重 235 克，而塑料进气管则为 438 克。 宝马 E82 135i 配备的碳纤维高流量进气系统，使用高规格 制程的双面碳纤维风箱与管路，可有效隔绝热源，提供了更 稳定的冷空

7、气来源，提升燃烧效率，释放高转速马力。3 国外汽车轻量化用碳纤维复合材料发展现状 自 1953 年世界第 1 台纤维增强复合材料汽车 GM Corvette 制造成功以后，复合材料正式在汽车工业生产中登 上历史舞台。发展至今， CFRP 成为目前公认的汽车用复合 材料未来发展趋势。德国宝马公司是 CFRP 在汽车领域应用的先驱，其在 2008 年宣布把 CFRP 带入汽车主流材料； 2011 年，法兰克福车 展首次发布 i3 电动概念车和 i8 混动概念跑车； 2014 年，批 量化生产 i3 和 i8 系列纯电动车在全球正式上市，为碳纤维 产品在通用汽车领域的商业化普及应用迈出了重要的一步。

8、 2015 年 7 月 1 日，全新第六代 BMW 7 系汽车在丁格芬工厂 正式投产，该车型所有创新都始终贯穿着车辆整体轻量化的 概念，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。除了宝马，丰田、大众、奔驰、现代等多家汽车制造商也都 在开发汽车轻量化用 CFRP ，并应用于车身、轮毂、座椅、 氢气瓶、前舱盖、底盘结构件、传动轴等部件。 国外主机厂与碳纤维供应商合作现状4 改装车及豪华车碳纤维应用情况 （1）改装车汽车改装文化源于赛车运动。最早的汽车改装 只针对于提高赛车的性能，以便在比赛中取得好成绩。随着 汽车工业的发展以及赛车运动的深入人心，

9、汽车改装也早已 揭开了神秘的面纱，成为普通车迷汽车生活中的组成部分， 并渐渐成为一种时尚。很多厂商也已经开始提供碳纤维材料的小组件，如后视镜壳、 内饰门板、门把手、排挡杆、赛车座椅、空气套件等，同时 可以原装位安装到发动机舱的风箱、进气歧管等碳纤维改装 件也是品种繁多。在欧洲各国、 美国乃至日本、 韩国、马来西亚及中国的香港、 台湾，汽车改装早已蔚然成风，“无车不改”成为青年车迷的 座右铭。世界上比较著名的轿车改装公司有专门为奔驰车用 户进行改装的 AMG 、D2 、BRA BUS 和 CARLSSON 等，为 宝马进行改装 ACSCHNITZER ，为大众公司旗下的大众汽车 和奥迪汽车用户进

10、行改装的 ABT ，为本田改装的 HRC （本 田赛车公司）、MUGEN （无限），为丰田配套的 TOM S和 TRD （丰田赛车运动发展部） ，为富士配套的 STI （富士世界 技术部）和 TEIN ，尼桑的 NISMO （尼桑汽车运动部）和三 菱的专业改装公司 RALLIART （拉力艺）等等。著名的越野 车改装公司和配套产品厂家有 JAOS （JAPAN OFF ROADSERVIC E ，日本越野服务公司） ，AIBA WORKS ， TJM ，ARB 、WARN 等等。公开资料显示，美国每年的改装 市场大概有 400 亿美元营业额。 中国受国家政策影响，改装车的发展相对比较滞后。国家

11、一 直有专门针对改装车辆的相关政策。国务院颁布的新版道 路交通安全法第十六条中明确规定，任何单位或者个人不 得拼装机动车或者擅自改变机动车已登记的结构、构造或者 特征。某些商用改装车在改装后，会造成与车辆出厂技术参 数不符的情况，将可能不能通过年检和日常交通检测。由此 可见，政策瓶颈是民用改装车行业难以取得较大发展的主要 原因。 得益于赛车运动广泛开展的影响，中国改装车再经济发达地 带也慢慢发展。目前中国汽车改装业较为发达的地区有上海、 深圳、北京、广州、昆明等地。在改装相当火爆的城市如上 海，改装已形成了相对可观大市场。在改装势头更为猛烈的 广东，不仅有着良好的改装市场需求， 而且在珠三角的

12、东莞、 中山等地，已经开始形成了颇具规模的改装用品市场。中国 豪车改装市场近年也有一定发展。全球最大的高性能奔驰汽 车生产厂商德 BRABUS 奔驰汽车公司、宝马制造商 ACSchnitzer 相继落户中国。 高级定制车品牌哈曼也在上海开设 了旗舰店。在金融危机前，主要高端改装厂商的主要市场是 北美地区，现阶段的主要市场是中东和英国。今后中国市场 将会成为豪华改装车最重要的市场之一。 从豪华改装厂商的经营状况来看， AC Schnitzer 在中国的销 量约在每月 200-300 辆之间，欧亚汽车在华销量全年在 300-400 辆之间，初步估算国内全年豪华改装车年销售量在 5000-8000

13、台，年碳纤维复合材料使用量在 100 吨左右。 （2）豪华车随着中国经济的整体增长，中国大陆地区千万 资产高净值人群数量约 134 万，带动了豪华车和顶级跑车销 量的增长。总体来看，豪华车和顶级跑车是现阶段整车厂商 应用碳纤维的主要车型，一般汽车短期内应用受限于价格因 素还未打开。按照每辆车使用和渗透了估算，到 2018 年汽 车领域碳纤维复合材料需求将达到 25830 吨，其中顶级跑车 450 吨，豪华车 24000 吨。 2016-2018 年碳纤维复合材料 应用领域和车型预测6 碳纤维在汽车市场需求预测 在汽车领域，碳纤维最早被用于赛车上，工程师通过改装更 轻、强度更高的碳纤维部件来提高

14、赛车性能， 提升比赛成绩。 目前几乎大多汽车改装厂都有涉及到碳纤维改装件的项目， 从奔驰 AMG 、宝马 M 等御用改装品牌到 DMC 、 Novitec 、 TechAtr 等顶级高端改装厂都为对应车型涉及了碳纤维改装“补品”。从外观改装中最小的后视镜壳、空气动力学套件， 到内饰改装涉及的面板部件、座椅等，更有甚者连传动轴、 排气尾段、轮毂等涉及汽车操控和动力的部分也有碳纤维产 品。时至今日，碳纤维部件的使用已经不仅仅局限在它原本的使 用需求，更在一定程度上成为了汽车“高性能”的体现，大有 “不加碳纤维套件，都不敢说自己是改装车”之势。 不仅如此， 目前碳纤维套件已经被众多的汽车制造商纳入原厂车计划， 引领未来汽车发展的趋势。受限于当前的工艺技术，碳纤维复合材料的成本不管是与传 统的钢材，还是现在轻量化优先选择的玻璃纤维和铝合金， 都有不小的差距，因此尽管在性能和重量上都有显著优势， 但目前的应用仍比较局限。碳纤维最早应用在 F1 赛车以及 追求极致性能的兰博基尼车身和底盘上；随后，碳纤维改装 件逐步进入市场，成为改装车发烧友的目标；真正进入工业 化应用的， 则是