看不起眼的碳纤维，在新材料界是一匹“黑马”。

一仅有头发丝1/10粗丝的高性能碳纤维，拉伸强度可以达到钢的7~9倍，而比重仅有钢的1/4，在几千度高温下，别的纤维已化为灰烬，它却毫无变化。

一、碳纤维复合材料在汽车上应用的优点

碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点。

?1、轻质、高强度、高模量

碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纤维拉伸强度在2.2Gpa以上。因此，具有高的比强度和比模量，它比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。

2、热膨胀系数小

绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为负数（-0.5～-1.6）×10-6/K，在～℃时为零，在小于℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定，可作为标准衡器具。

3、导热性好

通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。

4、耐化学腐蚀性好

从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不断降低，其应用范围会越来越广。

5、耐磨性好

碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。

6、耐高温性能好

碳纤维在℃以下性能非常稳定，甚至在℃时仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达℃左右，陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。

7、突出的阻尼与优良的透声纳

利用这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声纳导流罩等。

8、高X射线透射率

发挥此特点已经在医疗器材中得到应用。

9、疲劳强度高

碳纤维的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。

二、碳纤维复合材料在汽车方面的应用

目前，碳纤维复合材料在汽车车体和零部件中都得到了广泛应用。如：汽车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等等。下图为碳纤维复合材料（CFPR）在汽车零部件中的应用情况：

碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用情况

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kg，而钢制车身质量为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WRXSTItS采用CFRP车顶，相比钢板减重80%

斯巴鲁WRXSTI

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。

应用实例：

·福特新一代野马ShelbyGTR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。

碳纤维轮毂

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KM/h降到50Km/h。碳纤维制动盘可承受℃的高温，且性能稳定。

应用实例：

PorscheAG等车采用碳纤维制动盘，能在50m内将车速从km/h降到50km/h。

碳纤维刹车盘

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。

碳纤维内饰

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。

应用实例：

·丰田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活塞连杆取代钢制连接件，重量减轻40%-50%。

碳纤维传动轴

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。

应用实例：

·福特FalconXR6Sprint轿车采用%碳纤维制造的进气系统。碳纤维进气管重克，而塑料进气管则为克。

·宝马Ei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气来源，提升燃烧效率，释放高转速马力。

碳纤维进气歧管

三、碳纤维将对汽车行业带来革命性改变

碳纤维复合材料在汽车轻量化上的应用潜力巨大，拥有其他材料不可比拟的密度、比强度、比模量等全方位力学性能，成本、制造工艺及技术等主要瓶颈不断实现突破下，未来碳纤维复合材料将在汽车产业迎来飞速发展。尤其是新能源汽车将成为碳纤维应用突破，未来五年碳纤维在汽车工业将迎来巨大的市场需求。

对车用碳纤维市场的预测分析

碳纤维在汽车领域的应用比例将持续增长，其材料的特殊性必将对未来汽车行业带来革命性的改变。

生产过程：采用一体成型技术，新材料高度集成设计，减少零部件数量和模具数量，减少零部件连接等工序，缩短生产周期。特殊的成型工艺及连接工艺取代传统汽车制造的冲压、焊装工艺；

售后维修：“剪切式”维修，维修过程中将破损部件换上一个新的总成即可完成修复，避免了传统车辆维修中的“钣金”工艺；

整车结构：整车模块化程度更高。由目前的乘员舱模块向其它部件扩散，减少整车组成；

外观油漆：碳纤维特殊的外观颜色，对传统的油漆产业也会造成冲击，未来会针对碳纤维材料设计一系列新的油漆。