深圳市高为碳纤维复合材料有限公司
联系人：陈先生 电话：189 238 77411
地址：深圳市龙岗区宝龙街道龙东社区龙湖路89号A栋404
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高为碳纤维
汽车行业加速采用碳纤维复合材料实现轻量化目标
为满足日益严格的排放法规和客户对电动车续航里程的要求，全球汽车行业正迅速推进减重目标。中国汽车工程师学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图 (2.0 版)》明确了到2035年燃油乘用车整车轻量化系数降低25%、纯电动乘用车整车轻量化系数降低35%的目标。
轻量化对汽车工业来说是一个系统工程，包括轻量化材料应用、结构设计优化、先进制造工艺和集成化设计。虽然轻量化材料应用效果直接，但结构设计优化和制造工艺等方面的优化空间越来越小。碳纤维复合材料在轻量化方面具有独特的优势，其比强度、比模量和耐腐蚀性等性能不可比拟，并且能够减轻汽车重量，适应不同零部件的使用工况。相比铝合金，碳纤维复合材料可以减重50%，制成与高强度钢同等强度和刚度的构件时，重量可减轻70%。
碳纤维复合材料在中国制造2025规划中被明确作为节能与新能源汽车领域的重要发展方向。采用高性能纤维增强复合材料部分替代传统金属材料是实现轻量化的理想途径，也是实现减重、降耗、环保和安全等综合目标的有效手段。
根据2021年发布的《碳纤维复合材料和轻质合金在新能源汽车轻量化上的应用实践》，碳纤维复合材料相较于钢和铝合金具有更低的密度、更高的比强度和比模量。碳纤维复合材料具有更高的疲劳强度，能够在提供更好碰撞安全特性的同时实现整车轻量化，提高续驶里程，并进一步提高车辆可靠性。
因此，碳纤维复合材料在汽车行业中得到越来越广泛的应用，尤其是在新能源汽车领域。从整个汽车生命周期成本来看，单台车身采用碳纤维材料可节约约1.0142万元，这些费用足以冲抵因碳纤维引入而增加的原材料成本，并且有剩余。
碳纤维复合材料对节能、减排和提升续航效果具有显著影响。根据欧洲铝协的数据，当汽车质量降低10%时，能源使用效率提高6%-8%，百公里排放降低10%，轮胎寿命提高7%。对于燃油车来说，每减轻100KG的重量可以节省0.3-0.6L/百公里的油耗，减少10g/km的二氧化碳排放；对于新能源汽车来说，每减轻100KG的重量可以增加6%-11%的续航能力。此外，碳纤维复合材料在氢能汽车中的应用也显著提升了储氢瓶的压强和储氢密度，进一步提升了汽车的续航里程。
由于碳纤维复合材料在性能和轻量化方面的优势，其在汽车行业中得到越来越广泛的应用。宝马率先在量产车上实现碳纤维的突破性应用，每辆宝马i3使用约200-300kg的碳纤维复合材料，减重约250-350kg，整车重量仅1224kg。轻量化的车身使得车辆性能和续航里程大幅提升，节省了约1299美元的电池成本。
其他车企也相继推出采用碳纤维材料的汽车：
- 通用超轻概念车采用碳纤维车身和底盘实现减重68%。
- 斯巴鲁采用碳纤维车顶，减重80%。
- Porsche AG等车辆采用碳纤维制动盘，能够快速降低车速。
- 丰田86采用碳纤维传动轴，减重50%。
- 日本成功研发出用碳纤维替代铝合金制造压气机叶轮，减重48%。
在中国，也取得了碳纤维复合材料技术突破，许多车企在新产品中加入了碳纤维复合材料。
目前，碳纤维复合材料主要应用于隔音板、前端支架、车身底盘和座椅结构。随着成本的进一步降低，碳纤维复合材料有望在车身结构、底盘部件、转向和悬挂系统等部件中实现大规模应用，其中车身底盘结构的使用比例有望从目前的13%提高到55%。
车用碳纤维复合材料的大规模应用仍受制于其高成本和加工难度。与玻璃纤维复合材料相比，碳纤维复合材料的价格高出十倍之多，与高强度钢和镁铝钛合金相比也有明显差距。此外，高工艺难度也限制了快速连续生产过程。
为了降低成本，汽车制造商正在研究将碳纤维复合材料的成本降低到更适合大众市场的水平。例如，Carbon Revolution公司已经成功将碳纤维轮毂的制造成本降低到可以大规模制造的程度。碳纤维轮毂平均比标准铝制轮毂轻40%到50%，并且可以根据空气动力学要求进行设计，减少阻力并增加续航里程。预计到2035年，碳纤维轮毂将占据铝轮毂市场15%的份额。
此外，汽车制造商还在研究将碳纤维复合材料应用于悬架、电池盒等部件。SGL Carbon公司生产的高压电池外壳与钢构件相比，重量减轻了50%。同时，碳纤维复合材料具有良好的耐火性、刚性、声学性能以及热屏蔽和电磁屏蔽能力。
总的来说，随着技术的不断进步和成本的降低，碳纤维复合材料在汽车行业中的应用将会越来越广泛。它具有轻量化、节能环保、提升性能等优势，有望成为未来汽车制造的重要材料之一。
