低碳节能的新材料碳纤维使汽车进入轻量化新时代

一
级方 程式 赛车 和某 些 超 豪华 品牌 车辆 上 才 能见
到 。到 目前 为止 ，宝 马车 是 “ 第一 个 吃螃蟹 ”的 。
即将 投产 的宝 马 “ 大 城市 ”电动 汽车 基 本确 定 超 采用 碳 纤维 车 身 。它是 专 为城 市交 通设 计 的 电动 汽 车 ，体现 该 公司对 电动汽 车 的前 瞻研 究成 果 。 为 了保证 该 车 的竞 争优 势 ，宝 马下 了很 大 力气 。 采用 碳纤 维整 体车 身是其 主要 亮 点之一 。 了解 ， 据 “ 大 城市 ”使 用 的碳 纤维 由欧洲 最大 碳 纤维 制 超 造 商 Ｓ Ｌ集 团提 供 ，宝 马与该集 团建 立 了合 资公 Ｇ
白汽 车诞 生 以来 ，人 们就 一 直持 续追 求减 轻
科学历 ，广东省江 门材料公司，从事材料技术工程师
《 塑资源利用》 橡
２ １． ． ０ ＮＯ６ １
车 重 ，这 既 出于 节 能 的需要 ，也 为提 高 车辆 稳 定 性 的要 求 。在没 有 找到 合适 的材 料 替代 汽车 用钢 时，人 们更 多 时候 是在优 化 汽车 结 构或 提高 钢材 的性 能 。 自铝车 身 出现 了，它 明显 轻于钢 车 身 ，
勒公司， 们的短期 发展战略都包括 了轻质创新 他
材料 的研发和 降低废气排放 而长期发展战略则 包 括混合动力火 车 以及 电动汽车 的发展规划 。 ２ ０ 年 １ 月份， ０９ １ 宝马宣布与德国领先碳纤维制造
商 Ｓ ＧＬ （ 西格 里 ）集 团成立合 资公 司 宝 马公司 为其首 欢 实现 量 产 的 电动 汽 车 Ｍｅａｉ ｅｉ ｅ ｇｃｙ Ｖ ｈｃ ｔ ｌ
是新一代的增强纤维 ，也是发展 国防军工与国民经 济的重要战略物资 。由于具有优 异性能 ，碳 纤 维具有广泛的应用前 景。文章论 述了碳 纤维是汽 车轻量化的新选择 ，介绍 了车用碳 纤维复合 材料
的性能及适用范围 ，以及 车用碳 纤维复合材料 的发展在世界上的受关注度 ，同时指 出了节能减排 推动碳纤维在 汽车构件上 的应 用趋势和发展前景。 关键词：低碳 节能 ； 新材料碳 纤维 ； 汽车轻量化
密度 不 到钢 的 １ ， 抗拉 强度 却是 钢 的 ７ ／ 但 ４ ～９倍 ，
车用碳纤维复合材料可用作汽车传动轴、板
簧 、构架 和 刹车 片等 制件 。 目前 钢铁 材料 约 占车 体重量 的 ３４ 如 果汽车 的钢 材部 件全部 由碳 纤维 ／， 复合材 料 置换 ， 体重 量可减 轻 ３０ ｇ 燃 油效率 车 ０ｋ ，
司 ，在 美 国生产碳 纤维 。以前 Ｓ Ｌ主 要致 力于 研 Ｇ
很多高端车型甚至使用全铝车身。虽然铝还无法
在 普通 车 型上普 及 ，但 不可 否认 ，它更 适合 制造
汽车。
就 在铝 逐渐 被广 泛 使用 时 ，碳 纤维 也 闯入汽 车 界 。碳 纤维车 用 新材 料几 乎可 以完全 替代 钢铁
月份 公司表示斥资 １ 万美元的合 资公司将 主 千 要从事碳纤维的生产工作。 ００ ４月 １ ２ １ 年 ． ２日， 美
体用新型碳纤维材料， 使车体较使用钢材轻 ４ ％。 ０
日本政府 也 支持该 项计 划 ，希望在 全球 开发环 保
国碳纤维增强材料领军企业卓尔泰克公司宣布成
立 一个 新 的子公司— ｚ ｌ ｋＡ ｔｍｏｉｅ Ｉｃ 一 ｏｔ ｕｏ ｔ ，ｎ ，以 ｅ ｖ
提 高 ３ ％，二氧化碳 排放 量可 削减 １ ％。我 国汽 ６ ７
抗 拉 弹性 也高 于钢 ；在 有机 溶 剂 、酸 、碱 中不 溶 不 胀 ，耐蚀 性 出类 拔萃 。不仅 具有 碳材 料 的 固有 本 征特 性 ，又 兼具 纺织 纤 维 的柔软 可加 工 性 ，是 新 一代增 强纤 维 。 由于碳纤 维神 秘 的面纱 尚未 完全揭 开 ，人们 现 在还 不能直 接用 碳或 石墨来 制 取 ，只能采 用一
车辆的趋势中取得领先地位 。日 本经济产业省计
划 未来 五年 投资 ２ Ｏ亿源自日元 开展这项 计划 。由此可 促进轻质碳纤维材料在汽车行业的大量应用 。 通
过 Ｚ ｌｋＡｕｏ ｔ ｅ的专 业技 术， ｏｔ ｔｍｏｉ ｅ ｖ 开发 新的生 产
见，碳纤维 目前已被各大制造商坚定地划归到重
１ ．车用碳纤 维 复合材 料 的性能 凸显适 用 范 围 广 泛
碳纤 维 （ａｂ ｎ ｆ ｅ）是指含 碳量 在 ９ ％ 以 ｃｒｏ ｂ ｒ ｉ ０
脂结合 在 一起炭 化制 得碳 纤维 。根据 原料 及生 产 方式不 同， 纤 维主要 分 为聚丙烯 腈（ＡＮ 基碳 纤 碳 Ｐ ） 维 、沥 青基 碳纤 维 、黏胶基 碳 纤维等 。由于兼 具
起 了世 界各 国的 关注 。无 论 是宝 马 公司还 是 戴姆
系列车型之上；戴姆勒计划通过与东丽合作，将
奔驰 系列 车型 车身 的重量 降低 １％， 以此提 高车 ０
辆的燃油效率，减少有害气体排放。 随着碳纤维成本 的降低和世界范 围内对环保 要求的提高，碳纤维在汽车行业的需求前景也较
车 的轻量 化取 得突破 性进 展 ，并带来 节省 能源 的 效益 。业 界认 为 ，碳 纤维 在汽车 制造 领域 的使用 量将 会越 来越 大 。
善车辆 的燃料效能， 并使二氧化碳排放减少 ３ ％ ０
今后 随着 碳 纤维 价格 的进 一 步下 降及 回 收技 术 的 确立 ，预期将 应用 于汽 车 的许 多 部件和 结构 材料 。
发 、生 产航 空航 天用 碳 纤维 ，此 次 宝 马与其 合 作 研 发 出汽 车 用碳 纤 维 。这种 纤 维 的成本 可 降到 车 企 能接 受 的水平 。为 了进一 步 降低 成本 ，宝马 专 门研 发 了一 套程 序 ，可 以重 新合 成 碳纤 维碎 料 ， 实现 废物 回收利 用 。这 意味 着 “ 大城 市 ”报废 超 后 ，可 以降低 材料报 废 的损 失 ，从 而 降低 成本 。 随着 技 术和 工艺 不 断成 熟 ，碳 纤维 有望 成 为 汽 车业 的主 流材 料 。虽 然实 现这 个 目标 还有 很 长 的路要走 ，但 随着 “ 大城 市 ”接近 量 产 ，人们 超 似 乎看 到 了汽车 业碳 纤 维 时代 的曙光 。这不 是 宝 马 自己的事 ， 关乎整 个汽 车业 的节 能减排 大业 。 它 在 当今世 界 高速 汽车 工 业化 的大 背 景下 ，碳 纤 维 用途 正趋 向多样 化 、核 心化 。有 人预 言 ，未 来 的 汽 车将进 入 低碳 节 能新材 料碳 纤维 的轻 量化 新 时
３ ．车用碳 纤维 复合 材料 的发 展成 为世 界各 国
关 注的焦 点
由于 目前 碳 纤维 的价 格偏 高 ，对 于 汽车 只 能 说 是未来 潜 在 的大市 场 。但 随着 钢价 持 续上 扬将 可缩 小两 者 间 的差距 。而采用 碳 纤维 材 质将 可 改
了其他汽车制造商青睐的材料，在高级汽车内外 装饰中开始大量采用 。采用碳纤维材料可 以使汽
优 异性 能 ，碳纤 维在 国防、军 工和 民用方 面都 是
上的高强度 、高模量纤维，具有一般碳素材料的 特性，如耐高温 、耐摩擦、导 电、导热及耐腐蚀
等 ，但 与 一般 碳素 材料 不 同 的是 ，其外 形有 显 著
重要材 料 ，具有 广泛 的应用 前 景 。除 了用 于汽车 构件 、航 空航天 领域 、 国防军 事领域 和体 育休 闲 用 品外 ，风 力发 电叶片 、建 筑加 固材 料 、增 强 塑 料 、钻 井平 台等 碳纤 维新 市场 也正在 兴起 。待 开 发市场 有压 力容 器 、医疗器 械 、海洋 开发 、新 能 源 等领 域 。
为乐观 。２ ０ ０ ９年初 ， 日本东丽 株式 会社 决定在 欧 １ 洲建 立＿ 个碳纤 维增 强塑料 的研 发基 地 ，此 举 旨 在扩 大其 在汽车 部 门的业 务 ，从事欧 洲本地 区 的 碳纤 维增 强塑料 的研 发和 生产 ，实现 大幅度 扩张 其汽车 相关 的碳 纤维 复合材 料业 务 。这些都 标志
（ 大城市车辆 ）研发碳纤维零部件 ，据悉，该款 ．
Ｍｅａｉ ｅｉｌ 型将 于 ２ １ ｇｃｙ ｖ ｈｃ ｔ ｅ车 ０ ３年上 市 。今 年 ４
着 ，碳纤维复合材料汽车将逐步进入平 民时代， 碳纤维复合材料汽车量化生产 已离人们不远。 日
产 汽车 、本 田汽车 和 东丽 公 司将联 手 开发汽 车车
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陆刚 低碳节 能的新材料碳纤维使汽车进入轻量化新时代
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低碳 节能 的新材料碳 纤维使 汽车进入 轻量化新 时代
陆 刚
（ 东省江 门化 工材料 公 司 ５ ９０ ） 广 ２ １０
内容摘要 ：碳 纤维是一种兼具碳 材料 强抗拉 力和 纤维柔软 可加 工性 两大特征的化工新材料 ，
车年产 量将 突破 ２０ ０ ０万辆 ， 计 今后还 会继 续上 预 升 。研制 轻量 化 汽车 是 实现 我 国低 碳 经济 的迫 切 需求 ，汽 车应用碳 纤 维是 轻量化 的新 选择 。
些含碳的有机纤维为原料，将有机纤维与塑料树
２ ．汽车 应用碳 纤维 是轻 量化 的新选 择
作者简介 ：陆刚 （ ９ ９ ） １６ 一 ，男 ，广东新会人，大学本
的各 向异 性 、柔软 ；可 加 工成 各种 织物 ，沿纤 维 轴 方 向表现 出很 高 的强度 ，碳 纤维 比重小 ， 因此
有很高的比强度。它是 以化纤和石油产 品经特殊
工 艺制 成 的纤维 ，碳 纤维 “ 外柔 内刚 ” 量 比金 ，质 属 铝轻 ，并且 具有 耐腐 蚀 、高 模量 的特 性 。它 的
目 前碳纤维复合材料传动轴、刹车片、尾翼和引
擎盖 已经 在 汽车 行业 广泛 应用 ，虽然 现在 主 要是
在汽车领域 ，由于使用成本高，碳纤维只在
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