碳纤维在汽车领域的应用

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1、碳纤维在汽车领域的应用作者：冯瑞华来源：新材料产业2014年第8期文/冯瑞华中国科学院武汉文献情报中心碳纤维在国际上被誉为“黑色黄金”，它不仅具有碳材料固有的本征特性，又兼具纺织纤 维的柔软性。碳纤维从原丝到成品需要经过预氧化、高温碳化、石墨化、表面处理等诸多工艺。 碳纤维优点之一就是质量轻，这种材料应用在汽车上带来最直观的改变就是整车质量的减轻， 在动力系统不变的前提下，减重的车身会带来更出色的加速感受，相对于扔掉空调、音响等配 置的减重方法，碳纤维材料的应用在保留舒适配置的同时达到了更好的效果。因此，国外一些 国家的政府机构还出台了碳纤维的研发政策和计划，以促进其在汽车领域的应用。一、国外

2、政策与计划美国能源部（DO E）、汽车复合材料联盟（A C C）、美国国家科学基金会等致力于碳纤维 材料及其复合材料的低成本研发和商业化。美国DOE开展的“轻量化材料项目”和“电动汽车 项目”等与碳纤维密切相关。D O E轻量化材料项目由橡树岭国家实验室具体负责项目的实施 和研发，其中低成本碳纤维计划包括以下4个研究课题：来自可再生资源的低成本碳纤维； 低成本碳纤维制备计划；应用于汽车复合材料的低成本碳纤维；碳纤维微波辅助制造技 术。低成本碳纤维制备计划的目标是把高性能碳纤维价格降低到3美元/磅。DOE电动汽车项目 开始于2009年10月，轻量化材料是该项目的重要技术之一。太平洋西北国家实验室

3、负责聚合 物复合材料的开发，橡树岭国家实验室负责聚合物复合材料和低成本碳纤维的开发。2011年8 月，DOE宣布在未来35年投资1.75亿美元用于加快先进汽车技术的开发和部署。这些资金 将支持整个汽车的创新，包括碳纤维等轻质材料，研发的目标是更好的燃料和润滑油、轻质材 料、更持久和更便宜的电动汽车电池和组件、更高效的发动机技术等。2012年8月，美国能源 部部长朱棣文宣布7个新的项目，以加快用于下一代美国制造的轿车和卡车的更轻更坚固材料 的开发和部署，新的投资主要支持碳纤维复合材料及先进钢材性能的创新。日本新能源产业技术综合开发机构（N E D O）早在2003年实施了 “汽车轻量化碳纤维强

4、化复合材料开发”（2003-2007）项目，总投资达到9.7亿日元。主要研发课题包括超高速树脂 传递模塑成型（RTM ）技术，主要指超高速硬化成型树脂、立体成型造型技术、高速树脂含浸成 型技术等；汽车用碳纤维增强复合材料（CF RP）联结技术的开发；车身安全设计技术的开发； 基于生命周期评价再生利用技术等。开发目标是与正在使用的汽车用软钢钢板相比，自重减半， 安全性能提高50%的CFRP车身结构；研发汽车成型时间在10m i n以内，低成本、可大量生产 的制造技术。2013年10月，日本帝人公司自主开发的采用热塑性树脂的新型碳纤维复合材料 “Sereebo”首次用于实际产品，“Sereebo”

5、是利用热塑性树脂新开发而成材料制成的碳纤维 复合材料，由3种碳纤维长度及排列方向各不相同的中间体材料制造而成。这些材料可随意进 行组合。除了强度高和质量轻等特点之外，还实现了成型时间为1m i n的划时代生产速度，将 大幅加快量产型汽车等工业产品的轻量化进程。欧盟高性能复合材料技术研究项目（HIVOCOMP）旨在将先进材料应用于大型交通工具的轻 型结构复合构件中，项目得到欧盟FP7 NMP-2009-2.5-1的资助，已于2010年10月启动，为期 4年。该项目2011年研发重点是碳纤维复合材料的批量生产，满足大规模生产汽车的应用。 HIVOCOMP项目聚集了全球领先的汽车制造商、材料科学领域的科学家和专家。项目合作伙伴包 括欧洲3大汽车原始设备制造商大众、戴姆勒、菲亚特，行李箱制造商新秀丽，复合材料及应 用供应商亨斯迈聚氨酯、德国本特勒-西格里、荷兰Ai r b o r n ec o m p o s i t e、E S