碳纤维增强复合材料在汽车工业中
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2020/7/19
碳纤维增强复合材料在汽车工业中的应用
Application of carbon fiber reinforced composite in auto industry
提纲
一、碳纤维增强复合材料应用于汽车工业的特点 二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用 三、碳纤维复合材料在汽车工业中的应用前景
Page5
CFRP汽车零部件轻量化实例
钢 零件名称
车身
209
车架
128
前端
44
发动机罩
22
罩盖
19
保险杠
56
车轮
42
ຫໍສະໝຸດ Baidu车门
71
其他
31
共计
622
CFRP
94 94 13 8 6 20 23 28 16 302
质量减轻
115 34 31 14 13 36 19 43 15 320
碳纤维增强复合材料在碰撞中的能量吸收能力是钢或铝的4~5倍， 用于车身结构部件具有良好的碰撞安全性。
Solvent Wash
ISO 1183 ASTM D 3039 ASTM D 3039 ASTM D 696
ISO 75
Specimens Cut From Panel, Machine/Fiber Direction
55
1.49 1200 120 9.47 x 10-7
>260
Page21
BMW M3 CSL 碳纤维车顶
碳纤维复合材料车门
碳纤维复合材料进气歧管
碳纤维增强热塑性复合材料前端支架
碳纤维复合材料座椅
Page13
碳纤维车轮毂
碳纤维车轮毂2.76Kg
Page14
碳纤维传动轴
CFRP传动轴它不仅减轻了 60%的重量，而且具有更 好的耐疲劳性和耐久性。
Page15
宝马mini E电动车碳纤维车身 宝马mini E 车重：1465Kg 0-100Km/h 8.5s 最高车速150Km/h 续驶里程120-180Km
32.5
CTLE (mm/mm/°C)
ASTM D 638
55
ASTM D 696
6.17 x 10-6
5.54 x 10-6
Heat 1.80
Deflection MPa Stress
Temp. (°C)
@ ISO
75
>260
Page20
Dodge Viper 连续定向碳纤维复合材料性能表
Property
Page2
一、 碳纤维增强复合材料应用与汽车工业的特点
更高的轻量化 效果
高结构承载 能力
汽车工碳纤业维发展
复合材 料优势
抗冲吸能
大型部件整体 成型
碳纤维复合材料是汽车轻量化的理想选择
由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度， 是制造汽车车身和底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维 复合材料的应用可使汽车车身和底盘减轻质量40％～60％，相 当于钢结构质量的1／3～1／6。
Dodge Viper 短切碳纤维SMC性能表
Property
Net Shape Specimens Cut From Specimens CutFrom
Method Molded Panel, Machine Panel, Cross-
Specimensa Direction
MachineDirection
Page7
Aston Martin 复合材料防撞 吸能结构
Page8
SLR的车身壳体、车门和 发动机罩均由耐腐蚀的碳纤 维复合材料制成，主体结构 的重量降低了30%左右
两个圆锥形碳纤维构件， 每个大约620毫米长，重量 仅为3.4公斤。
碳纤维梁用螺栓固定于 发动机悬置件的铝质结构上， 其前端通过碳纤维复合材料 制成的横梁和水平夹层板与 车身壳体结构的其余部分相 连接。
骨架重80kg，车身总重140kg,整车空载自重600kg， 指标：百公里油耗约2.8L，极速144km/h。
二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用
典型的碳纤维汽车部件
Page11
典型的碳纤维汽车部件
Lamborghini引擎罩，采用 碳纤维+环氧树脂，RTM工艺 制造
Page12
典型的碳纤维汽车部件
Page16
兰博基尼碳纤维车身结构
Page17
全碳纤维车身的一级方程式赛车
Page18
二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用
2003款 Dodge Viper 是最早应用碳纤维增强乙 烯基SMC部件的量产车（ 年产量大于10000辆）。
8公斤碳纤维复合材料 应用于车身9个部件。
Page19
钢
模量（GPa）
设计厚度（mm）
1
材料密度（g/cm3)
7.8
减重比例
1
玻纤复合材料
碳纤复合材料
3 1.8 30%
2 1.6 49%
Page4
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 ％。
Fiber Content (% by weight)
Solvent Wash
55%
Specific Gravity
ISO 1183
1.48
Tensile Strength (MPa) ISO 527
212
134
ASTM D 638 287
Tensile Modulus (GPa) ISO 527
42.2
新款梅赛德斯-奔驰SLR迈凯轮
全球率先采用碳纤维制成的前端碰撞缓冲构件的量产轿车
Page9
英国的Cranfield大学制作 的Aerocarbon概念车
车体骨架采用一种Coretex的新型碳素纤维材料，制作过程围绕一种独创的芯料纵横 交错地编织碳纤维矩阵，并在真空环境下浇灌环氧树脂流体，从而在固化后形成一种内含 多重微型蜂巢的梁构件，从而可以大量吸收撞击能量。
BMW M3 CSL碳纤维车顶是 在BMW汽车公司的Landshut工厂 中的第一条高自动化的碳纤维车 身零部件加工生产线上制作而成。 相比钢制车顶，其重量减轻了约 6kg，相当于钢制车顶重量的一半。
Page22
迈凯轮MP4-12C
在碳纤维车身内安放一台3.8升双涡轮增压90度夹角V8发动机，峰值马力输 出高达600 PS，最大扭矩达到600 Nm。整备净重:1336kg
Method
Fiber Content (% by weight)
Specific Gravity Tensile Strength (MPa) Tensile Modulus (GPa) CTLE (mm/mm/°C) Heat Deflection Temp. @ 1.80 MPa Stress (°C)
碳纤维增强复合材料在汽车工业中的应用
Application of carbon fiber reinforced composite in auto industry
提纲
一、碳纤维增强复合材料应用于汽车工业的特点 二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用 三、碳纤维复合材料在汽车工业中的应用前景
Page5
CFRP汽车零部件轻量化实例
钢 零件名称
车身
209
车架
128
前端
44
发动机罩
22
罩盖
19
保险杠
56
车轮
42
ຫໍສະໝຸດ Baidu车门
71
其他
31
共计
622
CFRP
94 94 13 8 6 20 23 28 16 302
质量减轻
115 34 31 14 13 36 19 43 15 320
碳纤维增强复合材料在碰撞中的能量吸收能力是钢或铝的4~5倍， 用于车身结构部件具有良好的碰撞安全性。
Solvent Wash
ISO 1183 ASTM D 3039 ASTM D 3039 ASTM D 696
ISO 75
Specimens Cut From Panel, Machine/Fiber Direction
55
1.49 1200 120 9.47 x 10-7
>260
Page21
BMW M3 CSL 碳纤维车顶
碳纤维复合材料车门
碳纤维复合材料进气歧管
碳纤维增强热塑性复合材料前端支架
碳纤维复合材料座椅
Page13
碳纤维车轮毂
碳纤维车轮毂2.76Kg
Page14
碳纤维传动轴
CFRP传动轴它不仅减轻了 60%的重量，而且具有更 好的耐疲劳性和耐久性。
Page15
宝马mini E电动车碳纤维车身 宝马mini E 车重：1465Kg 0-100Km/h 8.5s 最高车速150Km/h 续驶里程120-180Km
32.5
CTLE (mm/mm/°C)
ASTM D 638
55
ASTM D 696
6.17 x 10-6
5.54 x 10-6
Heat 1.80
Deflection MPa Stress
Temp. (°C)
@ ISO
75
>260
Page20
Dodge Viper 连续定向碳纤维复合材料性能表
Property
Page2
一、 碳纤维增强复合材料应用与汽车工业的特点
更高的轻量化 效果
高结构承载 能力
汽车工碳纤业维发展
复合材 料优势
抗冲吸能
大型部件整体 成型
碳纤维复合材料是汽车轻量化的理想选择
由于碳纤维增强聚合物基复合材料有足够的强度和刚度， 是制造汽车车身和底盘等主要结构件的最轻材料。预计碳纤维 复合材料的应用可使汽车车身和底盘减轻质量40％～60％，相 当于钢结构质量的1／3～1／6。
Dodge Viper 短切碳纤维SMC性能表
Property
Net Shape Specimens Cut From Specimens CutFrom
Method Molded Panel, Machine Panel, Cross-
Specimensa Direction
MachineDirection
Page7
Aston Martin 复合材料防撞 吸能结构
Page8
SLR的车身壳体、车门和 发动机罩均由耐腐蚀的碳纤 维复合材料制成，主体结构 的重量降低了30%左右
两个圆锥形碳纤维构件， 每个大约620毫米长，重量 仅为3.4公斤。
碳纤维梁用螺栓固定于 发动机悬置件的铝质结构上， 其前端通过碳纤维复合材料 制成的横梁和水平夹层板与 车身壳体结构的其余部分相 连接。
骨架重80kg，车身总重140kg,整车空载自重600kg， 指标：百公里油耗约2.8L，极速144km/h。
二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用
典型的碳纤维汽车部件
Page11
典型的碳纤维汽车部件
Lamborghini引擎罩，采用 碳纤维+环氧树脂，RTM工艺 制造
Page12
典型的碳纤维汽车部件
Page16
兰博基尼碳纤维车身结构
Page17
全碳纤维车身的一级方程式赛车
Page18
二、碳纤维增强复合材料在汽车工业中的产品应用
2003款 Dodge Viper 是最早应用碳纤维增强乙 烯基SMC部件的量产车（ 年产量大于10000辆）。
8公斤碳纤维复合材料 应用于车身9个部件。
Page19
钢
模量（GPa）
设计厚度（mm）
1
材料密度（g/cm3)
7.8
减重比例
1
玻纤复合材料
碳纤复合材料
3 1.8 30%
2 1.6 49%
Page4
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 ％。
Fiber Content (% by weight)
Solvent Wash
55%
Specific Gravity
ISO 1183
1.48
Tensile Strength (MPa) ISO 527
212
134
ASTM D 638 287
Tensile Modulus (GPa) ISO 527
42.2
新款梅赛德斯-奔驰SLR迈凯轮
全球率先采用碳纤维制成的前端碰撞缓冲构件的量产轿车
Page9
英国的Cranfield大学制作 的Aerocarbon概念车
车体骨架采用一种Coretex的新型碳素纤维材料，制作过程围绕一种独创的芯料纵横 交错地编织碳纤维矩阵，并在真空环境下浇灌环氧树脂流体，从而在固化后形成一种内含 多重微型蜂巢的梁构件，从而可以大量吸收撞击能量。
BMW M3 CSL碳纤维车顶是 在BMW汽车公司的Landshut工厂 中的第一条高自动化的碳纤维车 身零部件加工生产线上制作而成。 相比钢制车顶，其重量减轻了约 6kg，相当于钢制车顶重量的一半。
Page22
迈凯轮MP4-12C
在碳纤维车身内安放一台3.8升双涡轮增压90度夹角V8发动机，峰值马力输 出高达600 PS，最大扭矩达到600 Nm。整备净重:1336kg
Method
Fiber Content (% by weight)
Specific Gravity Tensile Strength (MPa) Tensile Modulus (GPa) CTLE (mm/mm/°C) Heat Deflection Temp. @ 1.80 MPa Stress (°C)