隨著新能源汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，對于汽車輕量化要求日益增高。在眾多材料中，碳纖維復(fù)合材料以其優(yōu)異的比強度、比剛度、耐腐蝕及抗疲勞性能日益為人們所重視。而碳纖維材料與金屬材料之間的不同特點，也為工程設(shè)計人員提供了不同的設(shè)計思路，以下將簡單對比碳纖維復(fù)合材料與傳統(tǒng)金屬的特點與差異性。

02 可設(shè)計性

金屬材料通常呈各項同性，有屈服或條件屈服現(xiàn)象。而單層碳纖維具有明顯的方向性。單層板沿纖維方向力學(xué)性能高于垂直纖維方向性能和縱橫剪切性能1~2個量級，并且應(yīng)力應(yīng)變曲線在斷裂前呈線彈性關(guān)系。

因此，碳纖維材料可以通過層合板理論，選擇單層的鋪設(shè)角、鋪層比、鋪層順序。可根據(jù)載荷分布特點，針對性設(shè)計來獲得需要剛度和強度性能，而傳統(tǒng)金屬材料只能通過加厚來實現(xiàn)。同時，層合板性能裁剪設(shè)計不僅可以獲得所需的面內(nèi)剛度和強度性能，還可以獲得獨特的面內(nèi)與面外之間的耦合剛度。

03 耐腐蝕性

相比較于金屬材料，碳纖維材料具有很強的耐酸堿腐蝕的能力。碳纖維是經(jīng)過2000—3000℃高溫石墨化處理形成的類似石墨晶體的微晶結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)本身就具有很高的耐介質(zhì)腐蝕性，在高達50％的鹽酸、硫酸或者磷酸中亦能在彈性模量、強度和直徑等方面基本保持無變化。因此，作為增強材料來說，碳纖維在耐腐蝕性能方面有足夠的保證，不同基體樹脂在耐腐蝕性上有所區(qū)別。如常見的碳纖維增強環(huán)氧樹脂基，環(huán)氧樹脂的耐候性較好，仍能較好地保持強度。

碳纖維復(fù)合材料的疲勞特性主要影響因素是壓縮應(yīng)變和高應(yīng)變水平。疲勞性能通常進行壓—壓（R=10）和拉—壓（R=-1）的疲勞試驗，而金屬材料一般進行R=0.1的拉—拉疲勞試驗。相比于金屬零件，尤其是鋁合金，碳纖維零件具有優(yōu)異的疲勞性能。在汽車底盤等抗疲勞性要求較高的領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料具有更好的應(yīng)用優(yōu)勢。同時碳纖維材料幾乎不存在切口效應(yīng)。大多數(shù)碳纖維層合板在整個壽命期內(nèi)，有切口試驗的S-N曲線與無切口試驗的S-N曲線相同。

目前成熟的碳纖維基體使用熱固性樹脂，當固化交聯(lián)后很難再次提取利用，對環(huán)境造成較大影響。因此碳纖維回收難是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一，也是大規(guī)模應(yīng)用亟需解決的技術(shù)難題。目前國內(nèi)外大部分回收方法普遍成本較高，難以產(chǎn)業(yè)化。華特碳纖正積極探索可回收料解決方案，已完成多個樣品的試制，回收效果良好，具備量產(chǎn)條件。

相比傳統(tǒng)金屬材料，碳纖維材料在力學(xué)性能、輕量化、可設(shè)計性、抗疲勞性上具有得天獨厚的優(yōu)勢，但是，其生產(chǎn)效率、回收難仍然是制約其進一步應(yīng)用的瓶頸所在。相信隨著技術(shù)、工藝方面突破創(chuàng)新，碳纖維能夠在汽車上將取得越來越多的應(yīng)用。