碳纤维增强复合材料在汽车工业中

1、2022-5-5Application of carbon fiber reinforced composite in auto industry碳纤维增强复合材料在汽车工业中的应用提纲一、碳纤维增强复合材料应用于汽车工业的特点一、碳纤维增强复合材料应用于汽车工业的特点二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用三、碳纤维复合材料在汽车工业中的应用前景三、碳纤维复合材料在汽车工业中的应用前景Page2汽车工业发展 更高的轻量化效果大型部件整体成型高结构承载能力抗冲吸能碳纤维复合材料优势一、 碳纤维增强复合材料应用与汽车工业的特点碳纤维复合材料是汽车轻

2、量化的理想选择 由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身和底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身和底盘减轻质量4060，相当于钢结构质量的1316。Page4钢钢玻纤复合材料玻纤复合材料碳纤复合材料碳纤复合材料模量（GPa）设计厚度（mm）132材料密度（g/cm3)7.81.81.6减重比例130%49%Page5 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368 kg，减重约50。 CFRP汽车零部件轻量化实例零件名称钢CFRP质量减轻车身20994115车架12

3、89434前端441331发动机罩22814罩盖19613保险杠562036车轮422319车门712843其他311615共计622302320Page7 碳纤维增强复合材料在碰撞中的能量吸收能力是钢或铝的45倍，用于车身结构部件具有良好的碰撞安全性。Aston Martin 复合材料防撞吸能结构Page8Page9n SLR的车身壳体、车门和发动机罩均由耐腐蚀的碳纤维复合材料制成，主体结构的重量降低了30%左右n两个圆锥形碳纤维构件，每个大约620毫米长，重量仅为3.4公斤。n 碳纤维梁用螺栓固定于发动机悬置件的铝质结构上，其前端通过碳纤维复合材料制成的横梁和水平夹层板与车身壳体结构的其余

4、部分相连接。新款梅赛德斯-奔驰SLR迈凯轮全球率先采用碳纤维制成的前端碰撞缓冲构件的量产轿车 车体骨架采用一种车体骨架采用一种CoretexCoretex的新型碳素纤维材料，制作过程围绕一种独创的芯料纵横的新型碳素纤维材料，制作过程围绕一种独创的芯料纵横交错地编织碳纤维矩阵，并在真空环境下浇灌环氧树脂流体，从而在固化后形成一种内交错地编织碳纤维矩阵，并在真空环境下浇灌环氧树脂流体，从而在固化后形成一种内含多重微型蜂巢的梁构件，从而可以大量吸收撞击能量。含多重微型蜂巢的梁构件，从而可以大量吸收撞击能量。 骨架重骨架重80kg80kg，车身总重，车身总重140kg,140kg,整车空载自重整车空载

5、自重600kg600kg， 指标：百公里油耗约指标：百公里油耗约2.8L2.8L，极速，极速144km/h144km/h。英国的Cranfield大学制作的Aerocarbon概念车Page11典型的碳纤维汽车部件二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用Lamborghini引擎罩，采用碳纤维+环氧树脂，RTM工艺制造Page12典型的碳纤维汽车部件典型的碳纤维汽车部件Page13碳纤维复合材料车门碳纤维增强热塑性复合材料前端支架碳纤维复合材料座椅碳纤维复合材料进气歧管碳纤维车轮毂Page14碳纤维车轮毂2.76KgPage15CFRP传动轴它不仅减轻了60%的重量，而且具有更好的耐疲劳性

6、和耐久性。碳纤维传动轴宝马mini E车重：1465Kg0-100Km/h 8.5s最高车速150Km/h续驶里程120-180KmPage16宝马mini E电动车碳纤维车身兰博基尼碳纤维车身结构Page17全碳纤维车身的一级方程式赛车Page18 2003款 Dodge Viper是最早应用碳纤维增强乙烯基SMC部件的量产车（年产量大于10000辆）。 8公斤碳纤维复合材料应用于车身9个部件。Page19二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用Dodge Viper 短切碳纤维SMC性能表Page20Property Method Net Shape Molded Specimensa

7、Specimens Cut From Panel, Machine Direction Specimens CutFrom Panel, Cross-MachineDirection Fiber Content (% by weight) Solvent Wash 55%Specific Gravity ISO 1183 1.48 Tensile Strength (MPa) ISO 527 212134 ASTM D 638 287 Tensile Modulus (GPa) ISO 527 42.232.5 ASTM D 638 55 CTLE (mm/mm/C) ASTM D 696 6

8、.17 x 10-65.54 x 10-6Heat Deflection Temp. 1.80 MPa Stress (C) ISO 75 260 Page21Property Method Specimens Cut From Panel, Machine/Fiber Direction Fiber Content (% by weight) Solvent Wash 55Specific Gravity ISO 1183 1.49Tensile Strength (MPa) ASTM D 3039 1200Tensile Modulus (GPa) ASTM D 3039 120CTLE

9、(mm/mm/C) ASTM D 696 9.47 x 10-7Heat Deflection Temp. 1.80 MPa Stress (C) ISO 75 260 Dodge Viper 连续定向碳纤维复合材料性能表BMW M3 CSL 碳纤维车顶Page22 BMW M3 CSL碳纤维车顶是在BMW汽车公司的Landshut工厂中的第一条高自动化的碳纤维车身零部件加工生产线上制作而成。相比钢制车顶，其重量减轻了约6kg，相当于钢制车顶重量的一半。 在碳纤维车身内安放一台在碳纤维车身内安放一台3.8升双涡轮增压升双涡轮增压90度夹角度夹角V8发动机，峰值马力输发动机，峰值马力输出高达出高

10、达600 PS，最大扭矩达到，最大扭矩达到600 Nm。整备净重。整备净重:1336kgPage23 迈凯轮MP4-12CPage24Ford GT碳纤维复合材料行李箱盖和座椅（4500辆/年）Aston Martin Vanquish碳纤维复合材料传动轴通道、碳纤维编织物A柱、前端防撞结构（400800辆/年）Ford Mustang GTR碳纤维复合材料引擎盖（5000辆/年）Page252006 Z06 Corvette碳纤维复合材料翼子板、车轮罩护板、车身地板（7000辆/年）2006 Dodge Viper碳纤维复合材料翼子板、门内板、风挡结构（2000辆/年）雷克萨斯高性能双座超级

11、跑车 雷克萨斯LFA的CFRP部件在制造过程中采用了三种不同的成型工艺：1、预浸料形成车身主框架；2、采用热固性树脂浸润坯料，生产传输轴通道，驾驶室底板，车顶和引擎盖；3、使用短碳纤维增强SMC模压工艺。除此之外，雷克萨斯公司还将碳纤维用于车底分流器，速度控制尾翼和内饰组件，有助于减少车身更多重量。Page26碳纤维雷克萨斯LFA2011款雷克萨斯LFA 碳纤维方向盘轻量化车身效果与燃油、续驶里程Page27燃油车辆燃油车辆车身质量 10% 1% 100Kg燃油效率 6%8%油耗 0.7%0.3L0.6L（百公里）电动汽车电动汽车车身整备质量1550Kg1011Kg（34.8%）805Kg电池

12、质量450Kg250Kg（250Wh/Kg)一次充电续驶里程186Km2775.5Km（48.1%）450Km碳纤维车身的电动跑车2008年秋，特斯拉开发的全球年秋，特斯拉开发的全球仅有的具有高速公路行驶能力仅有的具有高速公路行驶能力的电动车宣布量产，这款名为的电动车宣布量产，这款名为Roadster的双座跑车拥有碳纤的双座跑车拥有碳纤维车身，能在维车身，能在4秒内从零加速秒内从零加速到到60英里英里/小时小时(96.6公里公里/小时小时)，一次充电可以行驶超过，一次充电可以行驶超过200英里英里(322公里公里)，Roadster售售价为价为10.9万美元。万美元。Page28Page29T

13、esla电动跑车碳纤维增强环氧部件的制造采用Zlotek 50K 碳纤维BPA环氧树脂，RTM工艺成型壁厚1.6mm弯曲强度：471MPa杨氏模量：25.8GPaBMW i3碳纤维车身电动车 整车尺寸为384520111537mm，轴距为2570mm，总质量1248Kg.车身重量比传统电动车减轻了250-350公斤。 车后轴的170马力电动机可直接从静止状态迅速达到最大扭矩输出50牛米（184磅-尺），从0-60公里/小时加速（37英里/小时）仅需四秒， 0-100公里/小时（62英里/小时）仅需八秒，续驶里程为110150公里。Page30Page31Drive模块为安置于其上部的Life乘

14、客舱提供了坚固的基础。汽车底部为存放电池提供了最大空间，这里占据了整个模块的中心位置，重量分布最均匀且重心最低。其前后两个撞击防御结构在车前碰撞或追尾事故中可吸收能量。作为一个整体，eDrive系统比类似的内燃引擎在结构上要紧凑得多，因此可将电动马达、变速器及电子传动设备安置在后桥上方一个狭小的区域内。BMW i3碳纤维车身电动车碳纤维商用车车厢 采用热固性塑料（环氧树脂）为基体，碳纤维增强塑料（CFRP）结构。全车总重量不足6.2t，可使燃油消耗降低25-30%。新型拖车实现整车减重3t，因此至少可承载常规17t以上的负荷。燃油消耗也从每100km消耗35升降低到26.5升。Page32Aldi Sud 的碳纤维增强环氧树脂基体的拖车北京中材汽车复合材料有限公司Page33三、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的应用前景1、碳纤维复合材料在汽车工业中应用的方向 车身内、外装饰部件 新能源汽车整体车身和部件 结构承载部件 商用货车车厢、传动轴、碳纤维车轮、防撞溃缩系能结构部件北京中材汽车复合材料有限公司Page342、碳纤维复合材料在汽车工业中应用需要解决的问题 首先要解决的是理念问题， 复合材料不应作为金属材料的替代材料，重点在于碳纤维复合材料在汽车上应用的系统解决方案 复合材