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汽车轻量化之王“碳纤维及其复合材料”

(2018-12-21 10:12:23)

【中国汽车材料网】碳纤维增强复合材料有着绝佳的物理特性:比铝轻30%、比钢轻50%,强度却是钢的7至9倍,最早用于航空、航天、军工等科技高精尖领域。业界公认,CFRP(碳纤维增强复合材料)是目前解决新能源汽车减重的最好方法,碳纤维的应用可使汽车减重30%~60%,被誉为“轻量化之王”,是新能源汽车“瘦身革命”的领导者,在汽车轻量化方面发挥着关键作用。

 

碳纤维是由有机母体纤维(粘胶丝、聚丙烯腈或沥青等)采用高温分解法在1000~3000高温的惰性气体下碳化制成,其结果是除碳以外的所有元素都予以去除。一般碳纤维材料含碳量高于90%以上。其含碳量随种类不同而异,其中含碳量高于99%的称石墨纤维。

目前世界各国发展的主要是聚丙烯腈集(PAN基)碳纤维和沥青基碳纤维。PAN基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流,占世界碳纤维市场的75%。碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性,是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度(即材料的强度与其密度之比)和最高比模量的纤维,特别是在2000以上的高温惰性环境中,碳材料是唯一强度不下降的物质,是其它主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。

碳纤维零件的工艺

目前常用的热固性复合材料制作件的生产工艺主要包括:手糊成型、喷射成型、缠绕、拉挤成型、树脂传递模塑成型(TRM),树脂胶膜浸润成型(RFI)以及预浸料、热压罐成型和模压成型等,对制作汽车主要结构件而言,适合的碳纤维产品生产工艺主要有手糊成型,RTM,TFI以及预浸料/热压罐(SMC)成型等。

碳纤维材料的应用

碳纤维主要作为复合增强材料,包括碳纤维增强陶瓷基复合材料,C/C复合材料,碳纤维增强金属基复合材料,碳纤维增强树脂基复合材料等。

 碳纤维增强陶瓷基复合材料

用碳纤维增强陶瓷可有效改善韧性,改变陶瓷脆性断裂形态,同时阻止裂纹在陶瓷基体中的迅速传播、扩展。

 C/C复合材料

它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成,主要由各类碳组成,即纤维碳、树脂碳和沉积碳。这种材料除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐磨损等特性外,还具有较高的断裂韧性和假塑性。

 碳纤维增强金属基复合材料

碳纤维增强金属基复合材料具有高的比强度和比模量,高的韧性和耐冲击性能。目前碳纤维增强铝、镁基复合材料的制备技术比较成熟。

 碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)

碳纤维增强树脂基复合材料具有质轻、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点,被广泛应用作结构材料及耐高温烧蚀材料。碳纤维增强树脂基复合材料所用树脂基体主要分为两类,一类是热固性树脂,另一类是热塑性树脂。

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