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碳纤维材料在汽车轻量化中的作用

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碳纤维材料在汽车轻量化中的作用


碳纤维增强复合材料( Carbon FiberReinforced Polymer,CFRP) 是作为增强材料的碳纤维和作为基体材料的树脂组成,早期的碳纤维复合材料主要用于军事领域。随着材料性能、成型工艺的提高及价格成本的下降,碳纤维复合材料被越来越多的应用到一般工业和体育休闲等领域。在全球节能和环保趋势的推动下,汽车的油耗问题越来越引起重视,轻量化设计成为汽车节能减排的有效途径,而碳纤维复合材料的材料性能及发展趋势正顺应了汽车工业的发展需求。碳纤维复合材料比钢铁轻50%,比铝材轻30%,减重效果明显,因此不少汽车厂家在汽车制造和改装过程中为追求极致轻量化开始尝试大量应用碳纤维复合材料。随着新能源汽车的发展,碳纤维复合材料在汽车上将得到越来越广泛的应用。

碳纤维复合材料部件的特点

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质量轻强度高

汽车上常用的碳纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5~2.0g/cm3,只有普通碳钢1/4~1/5,比铝合金还要轻1/3 左右,而且碳纤维复合材料的机械性能优于金属材料,其抗拉强度高于钢材3~4倍,刚度高于钢材2~3倍,耐疲劳性高于钢材2倍,重量比钢材轻3~4倍,热膨胀系数小4~5倍。若按比强度计算,碳纤维复合材料大大超过碳钢,而且可超过某些特殊的合金钢,因此具有更高的比强度。使用碳纤维材料,在减轻车身质量的同时,也可使功率需求更小,进而采用更小的驱动引擎和悬挂装置,通过减少动能而减少冲击危险,这种螺旋式的结果将使车身质量进一步减轻。因此用碳纤维材料件替换原来的钢制件,其轻量化效果明显。

 可设计性好

碳纤维复合材料的可设计性非常强,可以根据不同的用途要求,灵活地进行产品设计。根据产品结构受力情况,通过调整纤维的结构及排列制成各向异性和不同厚度的制品,并且可以应用夹层结构,提高部件整体刚性,以达到最佳轻量化设计方案。将碳纤维按照受力方向进行排布,可充分发挥复合材料强度的各项异性从而达到节约材料和减轻重量的目的。而金属材料由于其各向同性,会出现在满足最大受力方向的技术要求之后,另一方向的强度就会过剩的问题。对于有耐腐蚀性能要求的产品,设计时可选用耐腐蚀性能好的....


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