碳纤维增强复合材料在汽车工业中

Applicationofcarbonfiberreinforcedcompositeinautoindustry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40％～60％，相当于钢结构质量的1／3～1／6。Page4钢玻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172kg，而钢制车身质量为368kg，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1289434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4~5倍，用于车身结构部件具有良好的碰撞安全性。AstonMartin复合材料防撞吸能结构Page8Page9SLR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。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Coretex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80kg，车身总重140kg,整车空载自重600kg，指标：百公里油耗约2.8L，极速144km/h。英国的Cranfield大学制作的Aerocarbon概念车Page11典型的碳碳纤维汽汽车部件件二、碳纤纤维增强强复合材材料在汽汽车工业业中的产产品应用用Lamborghini引擎罩，，采用碳碳纤维+环氧树脂脂，RTM工艺制造造Page12典型的碳碳纤维汽汽车部件件典型的碳碳纤维汽汽车部件件Page13碳纤维复复合材料料车门碳纤维增增强热塑塑性复合合材料前前端支架架碳纤维复复合材料料座椅碳纤维复复合材料料进气歧歧管碳纤维车车轮毂Page14碳纤维车车轮毂2.76KgPage15CFRP传动轴它它不仅减减轻了60%的重量，，而且具具有更好好的耐疲疲劳性和和耐久性性。碳纤维传传动轴宝马miniE车重：1465Kg0-100Km/h8.5s最高车速速150Km/h续驶里程程120-180KmPage16宝马miniE电动车碳碳纤维车车身兰博基尼尼碳纤维维车身结结构Page17全碳纤维维车身的的一级方方程式赛赛车Page182003款DodgeViper是最早应应用碳纤纤维增强强乙烯基基SMC部件的量量产车（（年产量量大于10000辆）。8公斤碳纤纤维复合合材料应应用于车车身9个部件。。Page19二、碳纤纤维增强强复合材材料在汽汽车工业业中的产产品应用用DodgeViper短切碳纤纤维SMC性能表Page20PropertyMethodNetShapeMoldedSpecimensaSpecimensCutFromPanel,MachineDirectionSpecimensCutFromPanel,Cross-MachineDirectionFiberContent(%byweight)SolventWash55%SpecificGravityISO11831.48

TensileStrength(MPa)ISO527

212134

ASTMD638287

TensileModulus(GPa)ISO527

42.232.5

ASTMD63855

CTLE(mm/mm/°C)ASTMD696

6.17x10-65.54x10-6HeatDeflectionTemp.@1.80MPaStress(°C)ISO75>260

Page21PropertyMethodSpecimensCutFromPanel,Machine/FiberDirectionFiberContent(%byweight)SolventWash55SpecificGravityISO11831.49TensileStrength(MPa)ASTMD30391200TensileModulus(GPa)ASTMD3039120CTLE(mm/mm/°C)ASTMD6969.47x10-7HeatDeflectionTemp.@1.80MPaStress(°C)ISO75>260DodgeViper连续定向向碳纤维维复合材材料性能能表BMWM3CSL碳纤纤维车顶顶Page22BMWM3CSL碳纤维车车顶是在在BMW汽车公司司的Landshut工厂中的的第一条条高自动动化的碳碳纤维车车身零部部件加工工生产线线上制作作而成。。相比钢钢制车顶顶，其重重量减轻轻了约6kg，相当于于钢制车车顶重量量的一半半。在碳纤维维车身内内安放一一台3.8升双涡轮轮增压90度夹角V8发动机，，峰值马马力输出出高达600PS，最大扭扭矩达到到600Nm。整备净净重:1336kgPage23迈凯轮MP4-12CPage24FordGT碳纤维复复合材料料行李箱箱盖和座座椅（4500辆/年）AstonMartinVanquish碳纤维复复合材料料传动轴轴通道、、碳纤维维编织物物A柱、前端端防撞结结构（400~800辆/年）FordMustangGTR碳纤维复复合材料料引擎盖盖（<5000辆/年）Page252006Z06Corvette碳纤维复复合材料料翼子板板、车轮轮罩护板板、车身身地板（（7000辆/年）2006DodgeViper碳纤维复复合材料料翼子板板、门内内板、风风挡结构构（2000辆/年）雷克萨斯斯高性能能双座超超级跑车车雷克萨斯斯LFA的CFRP部件在制制造过程程中采用用了三种种不同的的成型工工艺：1、预浸料料形成车车身主框框架；2、采用热热固性树树脂浸润润坯料，，生产传传输轴通通道，驾驾驶室底底板，车车顶和引引擎盖；；3、使用短短碳纤维维增强SMC模压工艺艺。除此此之外，，雷克萨萨斯公司司还将碳碳纤维用用于车底底分流器器，速度度控制尾尾翼和内内饰组件件，有助助于减少少车身更更多重量量。Page26碳纤维雷雷克萨斯斯LFA2011款雷克萨萨斯LFA碳纤维方方向盘轻量化车车身效果果与燃油油、续驶驶里程Page27燃油车辆车身质量↓10%↓1%↓100Kg燃油效率↑6%～8%油耗↓0.7%↓0.3L～0.6L（百公里）电动汽车车身整备质量1550Kg1011Kg（↓34.8%）805Kg电池质量450Kg250Kg（250Wh/Kg)一次充电续驶里程186Km2775.5Km（↑48.1%）450Km碳纤维车车身的电电动跑车车2008年秋，特特斯拉开开发的全全球仅有有的具有有高速公公路行驶驶能力的的电动车车宣布量量产，这这款名为为Roadster的双座跑跑车拥有有碳纤维维车身，，能在4秒内从零零加速到到60英里/小时(96.6公里/小时)，一次充充电可以以行驶超超过200英里(322公里)，Roadster售价为10.9万美元。。Page28Page29Tesla电动跑车车碳纤维维增强环环氧部件件的制造造采用Zlotek50K碳纤维BPA环氧树脂脂，RTM工艺成型型壁厚1.6mm弯曲强度度：471MPa杨氏模量量：25.8GPaBMWi3碳纤维车车身电动动车整车尺寸寸为3845×2011××1537mm，轴距为为2570mm，总质量1248Kg.车身重量比比传统电动动车减轻了了250-350公斤。车后轴的170马力电动机机可直接从从静止状态态迅速达到到最大扭矩矩输出50牛米（184磅-尺），从0-60公里/小时加速（（37英里/小时）仅需需四秒，0-100公里/小时（62英里/小时）仅需需八秒，续续驶里程为为110～150公里。Page30Page31Drive模块为安置置于其上部部的Life乘客舱提供供了坚固的的基础。汽汽车底部为为存放电池池提供了最最大空间，，这里占据据了整个模模块的中心心位置，重重量分布最最均匀且重重心最低。。其前后两两个撞击防防御结构在在车前碰撞撞或追尾事事故中可吸吸收能量。。作为一个个整体，eDrive系统比类似似的内燃引引擎在结构构上要紧凑凑得多，因因此可将电电动马达、、变速器及及电子传动动设备安置置在后桥上上方一个狭狭小的区域域内。BMWi3碳纤维车身身电动车碳纤维商用用车车厢采用热固性性塑料（环环氧树脂））为基体，，碳纤维增增强塑料（（CFRP）结构。全全车总重量量不足6.2t，可使燃油油消耗降低低25-30%。新型拖车车实现整车车减重3t，因此至少少可承载常常规17t以上的负荷荷。燃油消消耗也从每每100km消耗35升降低到26.5升。Page32AldiSud的碳纤维增增强环氧树树脂基体的的拖车Page33三、碳纤维维增强复合合材料在汽汽车工业中中的应用前前景1、碳纤维复复合材料在在汽车工业业中应用的的方向车身内、外外装饰部件件新能源汽车车整体车身身和部件结构承载部部件商用货车车车厢、传动动轴、碳纤纤维车轮、、防撞溃缩缩系能结构构部件Page342、碳纤维复复合材料在在汽车工业业中应用需需要解决的的问题首先要解决决的是理念念问题，复合材料不不应作为金金属材料的的替代材料料，重点在在于碳纤维维复合材料料