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       隨著社會(huì)的高速發(fā)展，全球氣候變化問(wèn)題逐漸加劇, 能源消耗持續(xù)增長(zhǎng)，環(huán)保節(jié)能變得尤為重要。而汽車作為我們?nèi)粘５某鲂蟹绞?，在為我們提供便利的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題。為響應(yīng)雙碳政策，汽車向更清潔更節(jié)能的方向發(fā)展已勢(shì)不可擋。如今，汽車輕量化技術(shù)在雙碳背景下應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)歐洲鋁協(xié)數(shù)據(jù)，當(dāng)汽車質(zhì)量降低10%時(shí)，能源使用效率將提高6%~8%，百公里排放污染物降低10%。這足以證明汽車輕量化技術(shù)不僅可以提高汽車的續(xù)航里程，而且還可以解決能耗問(wèn)題、減少對(duì)不可再生資源的依賴性。

       碳纖維復(fù)合材料是以碳纖維作為增強(qiáng)材料并與樹(shù)脂基體、金屬基體、陶瓷基體復(fù)合而成的。碳纖維復(fù)合材料憑借著低密度、高強(qiáng)度、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性、強(qiáng)減震、優(yōu)異的阻燃性能和良好的尺寸穩(wěn)定性廣泛地應(yīng)用于汽車行業(yè)。中復(fù)神鷹SYT45S、SYT49S系列碳纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能和工藝性能，可以滿足汽車輕量化需求。例如汽車車身、內(nèi)外飾、底盤系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等。碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用在汽車制造中顯著減輕了車身重量，大約減少了60%，同時(shí)顯著提升了電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，至少增加了25%以上。然而，由于碳纖維復(fù)合材料成本高、工藝復(fù)雜，近期丙烯腈的價(jià)格在7500-10500的區(qū)間波動(dòng)，比其替代品更昂貴，因此開(kāi)發(fā)碳纖維復(fù)合材料制備的新技術(shù)、新工藝至關(guān)重要。

       據(jù)汽車流通協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2024年上半年新能源汽車零售量411萬(wàn)輛，增長(zhǎng)33.1%，滲透率達(dá)到41.8%。我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)在《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》的指導(dǎo)下，積極應(yīng)對(duì)整車輕量化挑戰(zhàn)，為汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展提供了有力的支撐。全球汽車數(shù)量的增加顯著推動(dòng)了市場(chǎng)增長(zhǎng)。Technavio預(yù)測(cè)2023-2027汽車復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模中的碳纖維預(yù)計(jì)將以 6.24% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng) 2022.2027 億美元。預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張將增加 181.63 億美元。國(guó)際上的各大汽車制造商，如寶馬、奔馳、大眾等，正在積極推動(dòng)發(fā)展碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。

       碳纖維復(fù)合材料的汽車零部件

       1）傳動(dòng)軸與高壓儲(chǔ)氫氣瓶　

       濕法纏繞技術(shù)相較于干法纏繞，在成本上具有顯著優(yōu)勢(shì)，大約降低了40%。此外，它還提供了更好的氣密性、更優(yōu)的纖維排列平行度，并能有效減少纖維在生產(chǎn)過(guò)程中的磨損。這些優(yōu)點(diǎn)使得濕法纏繞工藝在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在汽車行業(yè)，如傳動(dòng)軸和儲(chǔ)氫氣瓶的制造中。汽車傳動(dòng)軸的性能設(shè)計(jì)包括軸體彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、臨界轉(zhuǎn)速，這是由于它的受力情況比較復(fù)雜，對(duì)材料的性能要求很高。傳統(tǒng)的傳動(dòng)軸鋼鐵材料會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性不佳等弊病。碳纖維復(fù)合材料汽車傳動(dòng)軸能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題，有效提升汽車性能。碳纖維復(fù)合材料具有拉伸強(qiáng)度高、密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕，彈性模量高和比模量相對(duì)較低的特點(diǎn)，替代金屬材料的傳動(dòng)軸可較好的滿足使用需求。此外，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸不僅可減輕重量40%-50%，譬如豐田86碳纖維傳動(dòng)軸和蘭博基尼第六元素概念車傳動(dòng)軸，而且具有更好的耐疲勞性和耐久性。

       新能源汽車也用到了濕法纏繞工藝制備碳纖維纏繞氫氣瓶。高壓儲(chǔ)氫氣瓶根據(jù)內(nèi)膽材料和纖維纏繞的不同分為 I 型、II 型、III 型及 IV 型瓶，分別為純鋼制、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞、金屬（鋼和鋁）內(nèi)膽纖維纏繞以及及塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶。在車載儲(chǔ)氫氣瓶的技術(shù)上，國(guó)際已經(jīng)能大量生產(chǎn)70MPa碳纖維纏繞IV型瓶，而國(guó)內(nèi)主流儲(chǔ)氫氣瓶依舊是35 MPa 碳纖維纏繞 III 型瓶，它內(nèi)膽材料是鋁合金/塑料，外層包覆材料是碳纖維復(fù)合材料。美國(guó)汽車研究理事會(huì)研究表明高壓儲(chǔ)氫瓶生產(chǎn)規(guī)模由1萬(wàn)套提高到50萬(wàn)套時(shí)，成本會(huì)下降五分之一。因此，隨著國(guó)內(nèi)碳纖維纏繞制備技術(shù)突破以及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，車載高壓儲(chǔ)氫氣瓶在未來(lái)必然會(huì)綻放異彩。

       2）輪轂與制動(dòng)盤

       汽車的輪轂成型工藝使用了熱壓罐工藝，熱壓罐工藝擁有幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：首先，壓力分布均勻；其次，壓力、溫度均勻且可調(diào)控；然后是模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，效率高，適用于大面積復(fù)雜型面的板、殼，以及簡(jiǎn)單形狀的板、棒、管、塊；最終，成型工藝展現(xiàn)出了其穩(wěn)定性和可靠性。使用碳纖維復(fù)合材料制造的輪轂?zāi)軌蝻@著降低重量，這有助于降低車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，從而使得汽車在啟動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)更快的速度。例如，福特的新一代野馬Shelby GT350R就采用了這種碳纖維輪轂。同樣，瑞典超級(jí)跑車制造商柯尼賽格在其Agera車型中，除了輪胎氣門嘴外，整個(gè)輪轂的其余部分都使用了碳纖維材料。這種設(shè)計(jì)不僅減輕了重量，同時(shí)也確保了結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性和安全性。

       此外，汽車制動(dòng)盤也采用了熱壓罐工藝，傳統(tǒng)的制動(dòng)襯片主要使用石棉材料，在高速摩擦產(chǎn)生的高溫下會(huì)出現(xiàn)熱衰退的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生石棉粉塵，危害健康。碳纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度高、抗熱衰性能優(yōu)異并且有著優(yōu)異的耐磨性與耐熱性，可完全代替石棉應(yīng)用在汽車制動(dòng)系統(tǒng)。碳纖維制動(dòng)盤可承受2500℃的高溫，能在50m內(nèi)將車速?gòu)?00km/h降到50km/h，且有助于減輕汽車底盤重量，提高方向盤操控的靈活性，并減小車身懸掛以上抖動(dòng)現(xiàn)象，人身安全得以保障。

       3）車頂結(jié)構(gòu)、板簧與其他

       汽車上的電池盒、支撐柱、車頂結(jié)構(gòu)、板簧都使用到碳纖維復(fù)合材料。這些零部件常采用高壓樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝（HR-RTM）制造，高壓樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝（HR-RTM）是在樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。

       該工藝通常需要預(yù)先制備預(yù)成體，然后利用高壓將低黏度的樹(shù)脂和固化劑液體混合液注入閉合的模腔內(nèi)浸漬纖維，通過(guò)相應(yīng)的溫度和壓力固化成型。與熱壓罐成型工藝相比，此種工藝可以實(shí)現(xiàn)低成本、短周期、大批量及高質(zhì)量的生產(chǎn)。

       4）碳纖維輕質(zhì)保險(xiǎn)杠

       碳纖維鋁蜂窩復(fù)合材料保險(xiǎn)杠比鋁合金的碳纖維鋁蜂窩復(fù)合材料具有更輕的質(zhì)量以及更好的安全性。利用Abaqus CAE軟件進(jìn)行的分析顯示，所設(shè)計(jì)的碳纖維鋁蜂窩復(fù)合材料制成的保險(xiǎn)杠橫梁在承受沖擊的能力上超越了傳統(tǒng)的鋁合金材料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了約50％的減重，充分滿足了輕量化設(shè)計(jì)的要求。

       總結(jié)

       總的來(lái)講，碳纖維復(fù)合材料表現(xiàn)出的優(yōu)異性能是推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素；健全綠色低碳發(fā)展機(jī)制，加上對(duì)綠色和輕型車輛積極影響的認(rèn)識(shí)，可以直接促進(jìn)市場(chǎng)的增長(zhǎng)。此外，省油的汽車是環(huán)保的，具有很高的行駛里程，可以使用替代燃料，并使用先進(jìn)的燃料技術(shù)?；旌蟿?dòng)力汽車、電池供電汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和氣動(dòng)電動(dòng)汽車是消費(fèi)者青睞的一些省油汽車。這些輕型車輛大量使用復(fù)合材料，這直接增加了預(yù)測(cè)期內(nèi)對(duì)市場(chǎng)的需求。

       雖然碳纖維的成本降低可能不會(huì)立即發(fā)生，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用、回收和再利用技術(shù)的發(fā)展、政策和市場(chǎng)激勵(lì)，碳纖維在汽車輕量化中的應(yīng)用會(huì)變得更加經(jīng)濟(jì)可行。（來(lái)源：中國(guó)復(fù)材）