因為碳纖維復合材料對減輕汽車重量、提高車身強度、降低燃油消耗都起到了非常好的作用，所以一直受高端車型所寵愛。但因其制造成本過高，所以暫未能普及所有車型。那么碳纖維到底有哪些優點呢？在汽車行業又有哪些應用呢？

一、碳纖維復合材料在汽車上應用的四大優點

1. 輕量化

碳纖維復合材料具有其他材料不可比擬的比強度和比模量，密度只有1.6g/cm3左右，遠低于鋼鐵和鋁，將其應用于車身及其它零部件的設計可降低整車質量的35%左右，降低燃油消耗。

如大眾新推出的采用碳纖維復合材料車身和零部件的XL1車型總質量只有795kg，結合混動技術，百公里油耗僅0.9升。

表 碳纖維復合材料與其他材料的性能對比

2. 耐久性

碳纖維復合材料主要由碳纖維絲束和樹脂材料組成，碳元素化學性質穩定，無需進行表面防腐處理，其耐候性及耐老化性極好，壽命一般為鋼材的2-3倍。采用CFRP材料生產的功能性零部件的疲勞強度也遠高于鋼材。

3. 安全性

碳纖維復合材料的抗拉強度一般都3500Mpa以上，是普通鋼材的5倍，由碳纖維材料制作的駕駛艙在碰撞中變形極小，可有效保護駕乘者的生存空間。經特殊編織的碰撞吸能結構在高速碰撞中碎裂為較小的碎片，吸收大量撞擊能量（能量吸收性為一般鋼材的3倍以上），能有效提高車輛被動安全。

圖 碳纖維復合材料與其他材料的能量吸收率對比

圖 碳纖維汽車碰撞試驗

4. 美觀性

表面只噴涂一層清漆，可以清晰的看見內部的碳纖維絲束經緯或者斜線交叉排列，顯得致密規整。將碳纖維復合材質應用到車尾擾流板，后視鏡，車頂，儀表板，副儀表板，門芯板和方向盤等可視化較高的零部件上，營造出車輛科技運動的視覺效果。

二、碳纖維復合材料在汽車六個方面的應用

目前，碳纖維復合材料在汽車車體和零部件中都得到了廣泛應用。如：汽車車身、內外飾、底盤系統、動力系統等等。下圖為碳纖維復合材料（CFPR）在汽車零部件中的應用情況：

圖 碳纖維復合材料在汽車零部件中的應用情況

1. 碳纖維在汽車車身中的應用

碳纖維增強聚合物基復合材料有足夠的強度和剛度，是制造汽車車身的最輕材料。預計碳纖維復合材料的應用可使汽車車身減輕質量40%～60%，相當于鋼結構質量的1/3～1/6。英國材料系統實驗室曾對碳纖維復合材料減重效果進行研究，結果表明，碳纖維增強聚合物材料車身重172kg，而鋼制車身質量為368kg，減重約50%。目前賽車和部分改裝車大多選用碳纖維復合材料車身，在降低重量的同時，因復合材料碰撞時減少了碎片的產生，從而提高了安全性。

應用實例：

• 寶馬i3碳纖維座艙減重50%

• 通用超輕概念車采用碳纖維車身和底盤減重68%

• 斯巴魯WRX STItS采用CFRP車頂，相比鋼板減重80%

圖 斯巴魯 WRX STI

2. 碳纖維在汽車輪轂中的應用

作為保證汽車行駛安全的重要部件之一，輪轂不僅要承受整車重量和載重，還要傳遞驅動和扭矩。這對汽車輪轂的質量要求極高。汽車輪轂要具有較高的強度和抗沖擊性，較好的耐熱和導熱性以及較好的耐久性和安全性。碳纖維復合材料具有優異的力學性能、耐熱性和耐久性，可替代金屬作為輪轂材料。同時，碳纖維材料的使用使得輪轂質量得到降低，有助于減少車輪轉動慣量，使車輛擁有更快的啟動、停止以及轉向速度。

應用實例：

• 福特新一代野馬Shelby GT350R配備了碳纖維輪轂。其重量僅為8.6kg，而一般鋁合金輪轂重量要達到15kg。

• 瑞典柯尼賽格的Agera車型整個輪轂上除了輪胎氣門嘴，其余部件均為碳纖維打造。在降低約20kg的簧下質量的同時，還保證了堅固和安全。
  

圖 碳纖維輪轂

3. 碳纖維在剎車系統中的應用

汽車制動器襯片主要使用石棉材料，制動時易摩擦產生高溫，出現性能的熱衰退，而產生的石棉粉塵有致癌危害。碳纖維復合材料的比強度高、耐磨性好、耐熱性好，應用在汽車剎車片上，可作為石棉的替代品。碳纖維制動盤可以在50m內將車速由300KM/h降到50Km/h。碳纖維制動盤可承受2500℃的高溫，且性能穩定。

應用實例：

Porsche AG等車采用碳纖維制動盤，能在50m內將車速從300km/h降到50km/h。

圖 碳纖維剎車盤

4. 碳纖維在內外飾中的應用

碳纖維復合材料具有較好的強度、韌性、耐熱性和耐老化性，可改善傳統塑料制品脆性高、耐久性不好的缺點，作為汽車內飾材料使用。碳纖維復合材料還具有較高的強度和剛性、較好的抗沖擊性，可作為金屬材料的替代品運用于汽車外飾構件。同時，碳纖維復合材料具有較好的吸振效果，對撞擊有較大的緩沖作用，且減少撞擊碎片的產生，提高了安全性。此外，碳纖維內外飾材料的使用，除了達到汽車輕量化效果，還簡化了零件制造工藝，降低了零件加工、裝配、維修費用，降低生產成本。

應用實例：

• 寶馬M4配備了碳纖維質地的前后保險杠。

• 改裝版奔馳G50在外部套件、內外飾等多處使用碳纖維復合材料，在減重的同時動力也得到升級。

圖 碳纖維內飾

5. 碳纖維在傳動軸中的應用

汽車傳動軸的受力情況比較復雜，尤其要承受很大的扭矩，對材料性能要求較高。碳纖維增強復合材料具有各向異性、比強度高和比模量相對較低的特點，替代金屬材料作為傳動軸可較好的滿足使用需求。碳纖維傳動軸不僅可減輕重量60%，而且具有更好的耐疲勞性和耐久性。

應用實例：

• 豐田86碳纖維傳動軸僅5.53kg，減重50%。

• 蘭博基尼第六元素概念車使用碳纖維活塞連桿取代鋼制連接件，重量減輕40%-50%。

圖 碳纖維傳動軸

6. 碳纖維在進氣系統中的應用

碳纖維復合材料作為汽車進氣系統材料，一方面可減輕重量，達到輕量化的效果；另一方面，碳纖維材料易加工成各種曲面形狀，且表面較為光滑，可有效提高進氣效率。

應用實例：

• 福特FalconXR6 Sprint轎車采用100%碳纖維制造的進氣系統。碳纖維進氣管重235克，而塑料進氣管則為438克。

• 寶馬E82 135i配備的碳纖維高流量進氣系統，使用高規格制程的雙面碳纖維風箱與管路，可有效隔絕熱源，提供了更穩定的冷空氣來源，提升燃燒效率，釋放高轉速馬力。

圖 碳纖維進氣歧管

三、碳纖維將對汽車行業帶來革命性改變

碳纖維復合材料在汽車輕量化上的應用潛力巨大，擁有其他材料不可比擬的密度、比強度、比模量等全方位力學性能，成本、制造工藝及技術等主要瓶頸不斷實現突破下，未來碳纖維復合材料將在汽車產業迎來飛速發展。尤其是新能源汽車將成為碳纖維應用突破，未來五年碳纖維在汽車工業將迎來巨大的市場需求。

圖 對車用碳纖維市場的預測分析（來自：賽奧碳纖維）

碳纖維在汽車領域的應用比例將持續增長，其材料的特殊性必將對未來汽車行業帶來革命性的改變。

生產過程：采用一體成型技術，新材料高度集成設計，減少零部件數量和模具數量，減少零部件連接等工序，縮短生產周期。特殊的成型工藝及連接工藝取代傳統汽車制造的沖壓、焊裝工藝；

售后維修：“剪切式”維修，維修過程中將破損部件換上一個新的總成即可完成修復，避免了傳統車輛維修中的“鈑金”工藝；

整車結構：整車模塊化程度更高。由目前的乘員艙模塊向其它部件擴散，減少整車組成；

外觀油漆：碳纖維特殊的外觀顏色，對傳統的油漆產業也會造成沖擊，未來會針對碳纖維材料設計一系列新的油漆。

文章素材來自中國汽車材料網 作者：付正婷  

圖片素材來自互聯網，艾邦高分子張先棟編輯

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