碳纖維是由有機纖維經(jīng)過一系列熱處理轉(zhuǎn)化而成，含碳量高于90%的無機高性能纖維，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工型，是新一代增強纖維。近幾年碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域中也大展拳腳，應(yīng)用十分廣泛。

碳纖維復(fù)合材料特性

汽車車身的輕量化主要從車身結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的選擇與替代兩個方面著手。在材料輕量化方面，目前仍以高強度鋼、鎂、鋁和塑料作為主要汽車材料組合，其中尤其以碳纖維最為出色，其優(yōu)越性幾乎可以完全替代鋼材料。其中以樹脂和金屬為基體的復(fù)合材料在車身上的應(yīng)用較為成熟，具有應(yīng)用于車身制造的諸多優(yōu)勢。

（1）具有較高的強度。碳纖維復(fù)合材料具有目前常用材料中最高的比模量和比強度，用其制成與高強度鋼具有同等強度和剛度的構(gòu)件時，重量可減輕70%左右。

（2）具有良好的抗疲勞性。碳纖維復(fù)合材料的抗疲勞性能極佳。由于在疲勞載荷作用下的斷裂是材料內(nèi)部裂紋擴展的結(jié)果，碳纖維復(fù)合材料中碳纖維與基體間的界面能有效阻止疲勞裂紋擴展，而外加載荷由增強纖維承擔(dān)，因而疲勞強度極限比金屬材料和其他非金屬材料高很多。

（3）碰撞吸能性好。碳纖維復(fù)合材料是汽車金屬材料最理想的替代材料，在碰撞中對能量的吸收率是鋁和鋼的4～5倍，減輕車身質(zhì)量的同時還能保證不損失強度或剛度，保持防撞性能，極大地降低了輕量化帶來的汽車安全系數(shù)降低的風(fēng)險。

（4）制造工藝性好。碳纖維復(fù)合材料的工藝性和可設(shè)計性好，通過調(diào)整CFRP材料的形狀、排布、含量，可滿足構(gòu)件的強度、剛度等性能要求，能用模具制造的構(gòu)件可一次成型，減少緊固件和接頭數(shù)目，可以大大提高材料利用率。

車身輕量化對續(xù)駛里程的影響

目前汽車車身重量的3/4是鋼材，輕量化空間很大。研究表明，碳纖維增強復(fù)合材料車身質(zhì)量僅172kg，而鋼制車身為367.9kg，碳纖維增強復(fù)合材料輕量化效果達(dá)53%以上。

由于純電動汽車受安裝的動力電池的容量限制，其一次充電后的續(xù)駛里程過短，成為影響純電動汽車推廣使用的一個重要因素。如果用碳纖維復(fù)合材料來制造車身，將車身減輕的質(zhì)量用于增加電池數(shù)量，在保持整車質(zhì)量不變的情況下，可以大大提高續(xù)駛里程。

應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料可以極大地實現(xiàn)電動汽車輕量化來平衡電池組的重量，增加純電動汽車的續(xù)駛里程。當(dāng)然，蓄電池組的安裝需要合適的空間，在不減小乘用空間的基礎(chǔ)上，合理控制碳纖維復(fù)合材料輕量化程度，可增加蓄電池組容量，既保證一定的續(xù)駛里程，同時也避免過分CFRP化帶來的的高成本問題。

碳纖維復(fù)合材料車身大規(guī)模應(yīng)用前景

制約碳纖維復(fù)合材料大范圍應(yīng)用的主要因素包括性價比、供應(yīng)商的結(jié)構(gòu)和能力、汽車發(fā)展和產(chǎn)品環(huán)境等影響。同時它的生產(chǎn)和加工技術(shù)還不夠成熟，應(yīng)用和研發(fā)成本較高，相關(guān)部門缺乏一定的長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃等。

電動汽車，尤其是純電動汽車，對整車輕量化的迫切性比傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車更強烈。整車輕量化可以車身輕量化為突破口。迄今為止的研究表明，碳纖維復(fù)合材料是最理想的車身輕量化材料。將碳纖維車身用在純電動汽車上，可以在一定程度上抵消目前動力蓄電池比能量不夠的問題。

結(jié)語

21世紀(jì)以來，汽車用材料不斷向輕量化、復(fù)合材料化發(fā)展。碳纖維復(fù)合材料不僅可以實現(xiàn)車身的輕量化，提高資源利用率，而且可以極大地改善純電動汽車由于電池瓶頸造成的在實用化道路上步履維艱的現(xiàn)狀，加快純電動汽車走向?qū)嵱没牟椒?。碳纖維車身在純電動汽車上的應(yīng)用，也將有力地促進(jìn)碳纖維復(fù)合材料制造和應(yīng)用技術(shù)的不斷完善，為電動汽車的發(fā)展鋪就更廣闊的道路。