说道碳纤维，别只知道硬和轻，还有这些

关于汽车，听起来最流弊的材料是啥？

别问，问就是碳纤维

碳纤维是什么？

天天说碳纤维，什么是碳纤维？碳纤维，英文全称为Carbon Fiber，可以简称为CF，其实就是一种含碳量在95%以上的纤维材料。也就是说，碳纤维的主要元素是碳。它由片状石墨微晶等有机纤维，沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

碳纤维从何而来？

材料学中将碳纤维定义为由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的，一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。既然碳纤维是纤维性材料，那么其不但应具有碳材料的固有性质，还要兼具纺织纤维的柔韧性和可纺性。因此，在制备碳纤维时不能简单地用碳或者石墨作原料直接合成碳纤维，而是需要将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。

凭什么用碳纤维？

1 轻量化

　　碳纤维复合材料具有其他材料不可比拟的比强度和比模量，密度只有1.6g/cm⊃3;左右，远低于钢铁和铝，将其应用于车身及其它零部件的设计可降低整车质量的35%左右，降低燃油消耗，如大众推出的采用碳纤维复合材料车身和零部件的，XL1车型总质量只有795kg，结合混动技术，百公里油耗仅0.9升。

2 耐久性

　　碳纤维复合材料主要由碳纤维丝束和树脂材料组成，碳元素化学性质稳定，无需进行表面防腐处理，其耐候性及耐老化性极好，寿命一般为钢材的2-3倍。采用CFRP材料生产的功能性零部件的疲劳强度也远高于钢材。

3 安全性

　　碳纤维复合材料的抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是普通钢材的5倍，由碳纤维材料制作的驾驶舱在碰撞中变形极小，可有效保护驾乘者的生存空间。经特殊编织的碰撞吸能结构在高速碰撞中碎裂为较小的碎片，吸收大量撞击能量（能量吸收性为一般钢材的3倍以上），能有效提高车辆被动安全。

4 美观性

　　表面只喷涂一层清漆，可以清晰的看见内部的碳纤维丝束经纬或者斜线交叉排列，显得致密规整。将碳纤维复合材质应用到车尾扰流板，后视镜，车顶，仪表板，副仪表板，门芯板和方向盘等可视化较高的零部件上，营造出车辆科技运动的视觉效果。

碳纤维用在哪里？

1 汽车车身

碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身的最轻材料。预计碳纤维复合材料的应用可使汽车车身减轻质量40% ～ 60%，相当于钢结构质量的1/3 ～ 1/6。英国材料系统实验室曾对碳纤维复合材料减重效果进行研究，结果表明，碳纤维增强聚合物材料车身重172 kg，而钢制车身质量为368 kg，减重约50%。目前赛车和部分改装车大多选用碳纤维复合材料车身，在降低重量的同时，因复合材料碰撞时减少了碎片的产生，从而提高了安全性。

2 汽车轮毂

作为保证汽车行驶安全的重要部件之一，轮毂不仅要承受整车重量和载重，还要传递驱动和扭矩。这对汽车轮毂的质量要求极高。汽车轮毂要具有较高的强度和抗冲击性，较好的耐热和导热性以及较好的耐久性和安全性。碳纤维复合材料具有优异的力学性能、耐热性和耐久性，可替代金属作为轮毂材料。同时，碳纤维材料的使用使得轮毂质量得到降低，有助于减少车轮转动惯量，使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。

• 福特新一代野马Shelby GT350R配备了碳纤维轮毂。其重量仅为8.6kg，而一般铝合金轮毂重量要达到15kg。
• 瑞典柯尼赛格的Agera车型整个轮毂上除了轮胎气门嘴，其余部件均为碳纤维打造。在降低约20kg的簧下质量的同时，还保证了坚固和安全。

3 刹车系统

汽车制动器衬片主要使用石棉材料，制动时易摩擦产生高温，出现性能的热衰退，而产生的石棉粉尘有致癌危害。碳纤维复合材料的比强度高、耐磨性好、耐热性好，应用在汽车刹车片上，可作为石棉的替代品。碳纤维制动盘可以在50m内将车速由300KM/h降到50Km/h。碳纤维制动盘可承受2500℃的高温，且性能稳定。

Porsche AG等车采用碳纤维制动盘，能在50m内将车速从300km/h降到50km/h

4 汽车内外饰

碳纤维复合材料具有较好的强度、韧性、耐热性和耐老化性，可改善传统塑料制品脆性高、耐久性不好的缺点，作为汽车内饰材料使用。碳纤维复合材料还具有较高的强度和刚性、较好的抗冲击性，可作为金属材料的替代品运用于汽车外饰构件。同时，碳纤维复合材料具有较好的吸振效果，对撞击有较大的缓冲作用，且减少撞击碎片的产生，提高了安全性。此外，碳纤维内外饰材料的使用，除了达到汽车轻量化效果，还简化了零件制造工艺，降低了零件加工、装配、维修费用，降低生产成本。

• 宝马M4配备了碳纤维质地的前后保险杠
• 改装版奔驰G500在外部套件、内外饰等多处使用碳纤维复合材料，在减重的同时动力也得到升级。

5 汽车传动轴

汽车传动轴的受力情况比较复杂，尤其要承受很大的扭矩，对材料性能要求较高。碳纤维增强复合材料具有各向异性、比强度高和比模量相对较低的特点，替代金属材料作为传动轴可较好的满足使用需求。碳纤维传动轴不仅可减轻重量60%，而且具有更好的耐疲劳性和耐久性。

• 丰田86碳纤维传动轴仅5.53kg，减重50%
• 兰博基尼第六元素概念车使用碳纤维活塞连杆取代钢制连接件，重量减轻40%-50%

6 进气系统

　　碳纤维复合材料作为汽车进气系统材料，一方面可减轻重量，达到轻量化的效果；另一方面，碳纤维材料易加工成各种曲面形状，且表面较为光滑，可有效提高进气效率。

• 福特FalconXR6 Sprint轿车采用100%碳纤维制造的进气系统。碳纤维进气管重235克，而塑料进气管则为438克。
• 宝马E82 135i 配备的碳纤维高流量进气系统，使用高规格制程的双面碳纤维风箱与管路，可有效隔绝热源，提供了更稳定的冷空气来源，提升燃烧效率，释放高转速马力。

下次再听到碳纤维，别只知道轻量化和强度高了