碳纤维复合材料在汽车上应用

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1、 碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在汽车上的应用 XIAOXING MA 13761675752 (施工中） 1. 复材在汽车上应用的历史和发展：复材在汽车上应用的历史和发展： 碳纤维增强树脂基复合材料（碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastic），与传统钢材铝合金材相），与传统钢材铝合金材相 比，具有高强度、高模量，从纯材料密度角度（比，具有高强度、高模量，从纯材料密度角度（1.701.80g/cm3），可减重），可减重 30%左右，同时具有相同左右，同时具有相同 的承力能力。这一材料体系在汽车上的应用发展源自这一材料体系在民用航

2、空领域的巨大成功。碳纤维复的承力能力。这一材料体系在汽车上的应用发展源自这一材料体系在民用航空领域的巨大成功。碳纤维复 材本身轻，耐腐蚀，疲劳寿命长，全周期维修成本低，一旦全体系供应链产业链成熟，在轻量化领域，骨材本身轻，耐腐蚀，疲劳寿命长，全周期维修成本低，一旦全体系供应链产业链成熟，在轻量化领域，骨 架结构承力结构上基本可以替代钢材和铝合金。架结构承力结构上基本可以替代钢材和铝合金。 航空上至汽车工业领域碳纤维复材产业的发展大致如下：（国内目前已有约航空上至汽车工业领域碳纤维复材产业的发展大致如下：（国内目前已有约 40 年的技术和产业化积累，年的技术和产业化积累， 汽车领域最近汽车领域最

3、近 5 年起步积累阶段，但增长率高，每年年起步积累阶段，但增长率高，每年 20%） 1953 年，科尔维特第一次将玻璃纤维复合材料在汽车上试用年，科尔维特第一次将玻璃纤维复合材料在汽车上试用10。 1976 年左右，国际商业化应用于波音飞机年左右，国际商业化应用于波音飞机 B737 的尾翼舵面、雷达罩、整流罩等次承力结构；福特汽车公的尾翼舵面、雷达罩、整流罩等次承力结构；福特汽车公 司试验，将其车身、框架等司试验，将其车身、框架等 160 个部件用碳纤维复合材料制造，结果整车减重个部件用碳纤维复合材料制造，结果整车减重 33，汽油的，汽油的 利用率提高利用率提高 了了 44，同时大大降低了振动

4、和噪音。国内刚刚起步开始研发，北京航空材料研究院（，同时大大降低了振动和噪音。国内刚刚起步开始研发，北京航空材料研究院（621）、北京航空）、北京航空 特种工艺研究院（特种工艺研究院（625）、北航作为先驱；汽车无应用；）、北航作为先驱；汽车无应用； 碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在汽车上的应用 Page 2 2000 年左右，国际开始研发应用于机身、机翼等主承力结构；国内科研成果向航空转化，中航工业哈年左右，国际开始研发应用于机身、机翼等主承力结构；国内科研成果向航空转化，中航工业哈 飞、沈飞、西飞为复材的首批试点单位，次承力结构商业化应用；汽车内饰部分起步；飞、沈飞、西飞为复材的首批

5、试点单位，次承力结构商业化应用；汽车内饰部分起步； 2009 年年底，国际波音年年底，国际波音 B787 首飞，复材结构用量首飞，复材结构用量 52%，飞机外表可见部分，飞机外表可见部分 90%以上全部为碳纤维复以上全部为碳纤维复 合材合材 料，碳纤维复材在飞机上的商业化应用成熟；国内哈飞复材生产线建设完成，其他主机厂开始大规模料，碳纤维复材在飞机上的商业化应用成熟；国内哈飞复材生产线建设完成，其他主机厂开始大规模 投入兴建复材生产线，碳纤维复材纳入投入兴建复材生产线，碳纤维复材纳入“十一五十一五”、“十二五十二五”发展规划；私营企业纺织行业转型，复材原材发展规划；私营企业纺织行业转型，复材原

6、材 料、工装配套陆续兴建，国际贸易交易进入增长期。但国际国内，料、工装配套陆续兴建，国际贸易交易进入增长期。但国际国内，CFRP 在汽车商业化领域的应用基本上在汽车商业化领域的应用基本上 为零，主要是碳纤复材成本和生产效率难于与汽车匹配，碳纤原材料产量严重不足。为零，主要是碳纤复材成本和生产效率难于与汽车匹配，碳纤原材料产量严重不足。 2009 年，国际汽车上，年，国际汽车上，BMW 轻量化研发方案确立，提出每车要减重轻量化研发方案确立，提出每车要减重 100KG 以上的目标，提高燃油效以上的目标，提高燃油效 率，排放减至率，排放减至 7.5-12g/KM 以下，美国提出以下，美国提出 30K

7、M/升油的里程目标；国际最大的碳纤维生产商日本东丽升油的里程目标；国际最大的碳纤维生产商日本东丽 与与 Daimler 公司签订协议，首先用于公司签订协议，首先用于 Mercedes Benz 车上，该公司所有车型减重车上，该公司所有车型减重 10%以上；以上；1 【2009 年年 11 月，宝马与德国月，宝马与德国 SGL 集团签署协议，成立合资企业，致力于生产轻量电车和混合动力车用集团签署协议，成立合资企业，致力于生产轻量电车和混合动力车用 碳纤维复合材料。碳纤维复合材料。 2011 年年 2 月，奥迪与福伊特签署协议，致力于实现纤维增强塑料复合材料的工业化量月，奥迪与福伊特签署协议，致力

8、于实现纤维增强塑料复合材料的工业化量 产。产。2011 年年 10 月，德戴姆勒和日本东丽合资建厂生产碳纤维强化塑料。月，德戴姆勒和日本东丽合资建厂生产碳纤维强化塑料。2011 年年 12 月，通用汽车宣布与月，通用汽车宣布与 日本帝人公司签署协议。日本帝人公司签署协议。2012 年年 4 月福特陶氏合作开发汽车用低成本碳纤维复合材料。】月福特陶氏合作开发汽车用低成本碳纤维复合材料。】12 2015 年，国际汽车，宝马年，国际汽车，宝马 7 系全碳车身获系全碳车身获“2015 欧洲车身大奖欧洲车身大奖”28，车身减重，车身减重 130kg，批量化全面开，批量化全面开 展，复材生产效率将发展以匹

9、配汽车生产，展，复材生产效率将发展以匹配汽车生产，2016 年上市销售。国内复材，年上市销售。国内复材，“十三五十三五”、“中国制造中国制造 2025”、 “新材料新工艺新材料新工艺”、“智能制造智能制造”均有提及。均有提及。 碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在汽车上的应用 Page 3 2. 汽车上有哪些部位采用复合材料？汽车上有哪些部位采用复合材料？ 碳纤维复材应用的车种包括赛车、跑车、轿车、客车、货车、特种车辆等，部位包括受力骨架、车顶、底碳纤维复材应用的车种包括赛车、跑车、轿车、客车、货车、特种车辆等，部位包括受力骨架、车顶、底 盘、侧板、车门、帽罩、保险杠、翼子板、轮毂、传动轴、

10、板簧等。盘、侧板、车门、帽罩、保险杠、翼子板、轮毂、传动轴、板簧等。1 碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在汽车上的应用 Page 4 在宝马汽车在宝马汽车11中有三十多种零部件使用了碳纤维复合材料（中有三十多种零部件使用了碳纤维复合材料（CFRP），分别有：车身、底盘、车顶、车），分别有：车身、底盘、车顶、车 门、头盖、引擎盖、尾翼、压尾翼、中控台、装饰条、仪表盘、传动轴、特殊动力传动系统、座椅、座椅门、头盖、引擎盖、尾翼、压尾翼、中控台、装饰条、仪表盘、传动轴、特殊动力传动系统、座椅、座椅 套垫、前扩散器、尾扰流板、后扩散器、后视镜外壳、悬挂臂、前唇、侧裙、侧格栅、车用箱包、导流套垫、前

11、扩散器、尾扰流板、后扩散器、后视镜外壳、悬挂臂、前唇、侧裙、侧格栅、车用箱包、导流 罩、罩、A 柱、遮阳罩、散热器面罩、侧护板、低位踏板、副保险杠等外部和车身、内饰和外饰配件等系统。柱、遮阳罩、散热器面罩、侧护板、低位踏板、副保险杠等外部和车身、内饰和外饰配件等系统。 大众大众 XL Sport 混动性能车也是采用的混动性能车也是采用的 CFRP，即碳纤维增强复合材料制造的车身主体。，即碳纤维增强复合材料制造的车身主体。 从车身到发动机，碳纤维复材正在逐步取代金属材料。从车身到发动机，碳纤维复材正在逐步取代金属材料。CFRP 主要的应用主要的应用3有：发动机系统中的推杆、连有：发动机系统中的推

12、杆、连 杆、摇杆、水泵叶轮，传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等，底盘系统中的悬置件、弹簧杆、摇杆、水泵叶轮，传动系统中的传动轴、离合器片、加速装置及其罩等，底盘系统中的悬置件、弹簧 片、框架、散热器等，车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。片、框架、散热器等，车体上的车顶内外衬、地板、侧门等。 碳纤维复材的整体化设计，可大幅度降低汽车自重达碳纤维复材的整体化设计，可大幅度降低汽车自重达 40601。 碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在汽车上的应用 Page 5 但由于碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限但由于碳纤维成本过高，碳纤维增强复合材料在汽车中的应用有限1，仅

13、在一些，仅在一些 F1 赛车、高级轿车、小批赛车、高级轿车、小批 量车型上有所应用，如量车型上有所应用，如 BMW 公司的公司的 Z-22 的车身，福特公司的的车身，福特公司的 GT40 车身、保时捷车身、保时捷 GT3 承载式车身承载式车身 等。等。 车身车身：在：在 BMW7 系系9中，壁柱这个车身结构强度要求最高的地方，将碳纤维增强塑料包在了钢质的金属中，壁柱这个车身结构强度要求最高的地方，将碳纤维增强塑料包在了钢质的金属 的材料中间，形成了一个三明治的结构，既保证足够的强度和轻，也保证了足够的韧性。这样不光降低了的材料中间，形成了一个三明治的结构，既保证足够的强度和轻，也保证了足够的韧

14、性。这样不光降低了 车身的重量，提高了车身结构强度，同时，还有效地降低了车辆的重心。全新车身的重量，提高了车身结构强度，同时，还有效地降低了车辆的重心。全新 BMW7 系车内运用了大量系车内运用了大量 的碳纤维材料，使得车身重量减轻了的碳纤维材料，使得车身重量减轻了 130 多公斤，这意味着在路面行驶时如遇到紧急情况，能更加自如的多公斤，这意味着在路面行驶时如遇到紧急情况，能更加自如的 应对。同时，轻量化的设计进一步提升了刹车的灵敏度，大大提升了驾驶安全性。碳纤维的应用可以说是应对。同时，轻量化的设计进一步提升了刹车的灵敏度，大大提升了驾驶安全性。碳纤维的应用可以说是 一个对于安全、对驾控、对

15、整个油耗经济化的一个创新。一个对于安全、对驾控、对整个油耗经济化的一个创新。 碳纤轮毂碳纤轮毂14：福特已经将碳纤维轮圈用到了量产车上边，：福特已经将碳纤维轮圈用到了量产车上边， Shelby GT350R 就标配了碳纤维轮圈。福特就标配了碳纤维轮圈。福特 Shelby GT350R 标配的碳纤维轮圈由澳大利亚的标配的碳纤维轮圈由澳大利亚的 Carbon Revolution 公司提供，除了大家最容易想到公司提供，除了大家最容易想到 的重量轻以外，碳纤维轮圈对于车辆动态表现的提升将会是全方位的。以福特的重量轻以外，碳纤维轮圈对于车辆动态表现的提升将会是全方位的。以福特 Shelby GT350

16、R Mustang 所装备的碳纤维轮圈为例，将原本每个轮毂重所装备的碳纤维轮圈为例，将原本每个轮毂重 14.98 千克的铝合金材质换为千克的铝合金材质换为 8.17 千克的碳纤维千克的碳纤维 轮圈后，全车减重轮圈后，全车减重 27.24 公斤，这将显著的改善车辆的操控性能。再者，由于轮圈减重公斤，这将显著的改善车辆的操控性能。再者，由于轮圈减重 45%，轮圈，轮圈+轮胎轮胎 的转动角动量能约减低的转动角动量能约减低 40%，也改善了加速和刹车的效能。另外，碳纤维轮圈材质坚固有韧性，有利转向，也改善了加速和刹车的效能。另外，碳纤维轮圈材质坚固有韧性，有利转向 的反应并传递路感。所以说，匹配了碳纤维轮圈之后的新一代的反应并传递路感。所以说，匹配了碳纤维轮圈之后的新一代 GT 的动态表现将会更加的值得期待。 的动态表现将会更加的值得期待。 另外，根据前面的消息，福特新一代福特另外，根据前面的消息，福特新一代福特