碳纤维在汽车设计中的应用及其成型工艺.pdf

碳纤维在汽车设计中 的应用及其成型工艺 北京邮电大学深圳研究院 车联网实验室 李大华 碳纤维增强复合材料（CFRP） 碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂结合才能制成 碳纤维复合材料，而碳纤维只是一种纤维，单纯 用它是无法制成零部件的！其中，树脂是至关重 要的，它与碳纤维的 不同种类、形态(编 织物、短纤维、片状 体料SMC、颗粒等等) 的配合会形成CFRP不 同的特性！ 碳纤维增强复合材料（CFRP） 不可否认，碳纤维增强复合材料是汽车制 造非常理想的材料之一；与钢材相比，它 的比重仅为钢材的1/4，而比模量和比强度 则分别是钢材的7倍和10倍，出色的机械强 度和优异的性能是汽车轻量化的最佳选择。 但是，它存在着制作成本高、成型时间长 以及造成量产压力过大等不利因素使其难 以短时间得到汽车制造业的接受和认可。 CFRP汽车零部件轻量化对比（单位：kg） 零部件名称 钢材 CFR 质量减轻 比例% P 车身 209 94 115 55 车架 128 94 34 26 前端 44 13 31 70 发动机罩 22 8 14 63 罩盖 19 6 13 68 保险杠 56 20 36 64 轮毂 42 23 19 45 车门 71 28 43 60 其它 31 16 15 48 合计 622 302 320 碳纤维增强复合材料（CFRP） 我们做过一个调查，把传统汽车制造过程 进行分析对比，发现，碳纤维复合材料制 作车身及部件的过程及工艺要简单很多； 如果把其节省的材料、工艺、工序、人工、 设备、产生的废料、费用等因素综合考虑 的话，如果成型周期能够大幅度缩短的话， 汽车企业基本上可以接受！毫无疑问，使 用碳纤维复合材料所带来的社会效益（节 能、环保）等则是非常巨大的。 碳纤维增强复合材料（CFRP） 因此，在面对自然环境日趋恶化，资源和 能源储量日趋减少的未来，CFRP更凸显其 优势。 除此之外，目前各国都在大力发展的电动 汽车日益为社会所接受，而电动汽车在结 构上的特质，完全实现轻量化和减量化。 无疑将会使碳纤维增强复合材料“柳暗花 明又一村”。也加大了汽车设计的自由度 空间。 碳纤维增强复合材料（CFRP） CFRP使用的树脂有不同特性的两大类:一类 是聚丙烯(PP）、聚酰胺( PA）、聚醚醚酮 （PEEK）、聚醚酮酮 （PEKK）、聚苯硫醚 （ PPS）、聚醚酰亚胺 （PEI）、聚丁烯对苯二 酸酯 （PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET ）、聚碳酸酯 （PC）、聚酰胺酰亚胺 （PAI ）、热塑性聚酰亚胺 （TPI）、Nylon6、 Nylon66等热可塑性树脂 （CFRTP）； 碳纤维增强复合材料（CFRP） 另一类是环氧树脂（EP）、不饱和聚酯树 脂（UPR）、乙烯基酯（VE）、氨基甲酸酯 （URE）、热固性聚酰亚胺（PI）等热固化 性树脂 （CFRTS）。由于树脂性能及用途的 不同，特性不同，因而，它们的加工工艺 也各不相同