碳纖維復(fù)合材料具有其他材料不可比擬的比強(qiáng)度和比模量,，密度只有1.6g/cm3左右，遠(yuǎn)低于鋼鐵和鋁,，將其應(yīng)用于車身及其它零部件的設(shè)計(jì)可降低整車質(zhì)量的35%左右,，降低燃油消耗，如大眾新推出的采用碳纖維復(fù)合材料車身和零部件的XL1車型總質(zhì)量只有795kg,，結(jié)合混動技術(shù),，百公里油耗僅0.9升。

汽車材料性能對比

（2）耐久性優(yōu)點(diǎn)

碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維絲束和樹脂材料組成,，碳元素化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,，無需進(jìn)行表面防腐處理，其耐候性及耐老化性極好,，壽命一般為鋼材的2-3倍,。采用CFRP材料生產(chǎn)的功能性零部件的疲勞強(qiáng)度也遠(yuǎn)高于鋼材。

（3）安全性優(yōu)點(diǎn)

碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上,，是普通鋼材的5倍,，由碳纖維材料制作的駕駛艙在碰撞中變形極小，可有效保護(hù)駕乘者的生存空間,。經(jīng)特殊編織的碰撞吸能結(jié)構(gòu)在高速碰撞中碎裂為較小的碎片,，吸收大量撞擊能量（能量吸收性為一般鋼材的3倍以上），能有效提高車輛被動安全,。

碳纖維復(fù)合材料目前已經(jīng)在高端車,、超跑、賽車,、改裝車,、限量版車型以及少量的電動車上開始大量應(yīng)用。

 碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域和車型

目前,，碳纖維復(fù)合材料在汽車零部件中的應(yīng)用主要分布在汽車車身,、內(nèi)外飾、底盤系統(tǒng),、動力系統(tǒng)等等,。

（1）碳纖維在汽車車身中的應(yīng)用

碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料有足夠的強(qiáng)度和剛度，是制造汽車車身的最輕材料,。預(yù)計(jì)碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可使汽車車身減輕質(zhì)量40%-60%,，相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的1/3-1/6。英國材料系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室曾對碳纖維復(fù)合材料減重效果進(jìn)行研究,，結(jié)果表明,，碳纖維增強(qiáng)聚合物材料車身重172 kg，而鋼制車身質(zhì)量為368 kg,，減重約50%,。目前賽車和部分改裝車大多選用碳纖維復(fù)合材料車身，在降低重量的同時(shí),，因復(fù)合材料碰撞時(shí)減少了碎片的產(chǎn)生,，從而提高了安全性。

應(yīng)用實(shí)例：

寶馬i3碳纖維座艙減重50%

通用超輕概念車采用碳纖維車身和底盤減重68%

斯巴魯WRX STItS采用CFRP車頂,，相比鋼板減重80%

（2）碳纖維在汽車輪轂中的應(yīng)用

作為保證汽車行駛安全的重要部件之一,，輪轂不僅要承受整車重量和載重，還要傳遞驅(qū)動和扭矩,。這對汽車輪轂的質(zhì)量要求極高,。汽車輪轂要具有較高的強(qiáng)度和抗沖擊性，較好的耐熱和導(dǎo)熱性以及較好的耐久性和安全性,。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能,、耐熱性和耐久性,，可替代金屬作為輪轂材料。同時(shí),，碳纖維材料的使用使得輪轂質(zhì)量得到降低,，有助于減少車輪轉(zhuǎn)動慣量，使車輛擁有更快的啟動,、停止以及轉(zhuǎn)向速度,。

應(yīng)用實(shí)例：

福特新一代野馬Shelby GT350R配備了碳纖維輪轂。其重量僅為8.6kg,，而一般鋁合金輪轂重量要達(dá)到15kg,。

瑞典柯尼賽格的Agera車型整個(gè)輪轂上除了輪胎氣門嘴，其余部件均為碳纖維打造,。在降低約20kg的簧下質(zhì)量的同時(shí),，還保證了堅(jiān)固和安全。

（3）碳纖維在剎車系統(tǒng)中的應(yīng)用

汽車制動器襯片主要使用石棉材料,，制動時(shí)易摩擦產(chǎn)生高溫,，出現(xiàn)性能的熱衰退，而產(chǎn)生的石棉粉塵有致癌危害,。碳纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度高,、耐磨性好、耐熱性好,，應(yīng)用在汽車剎車片上,，可作為石棉的替代品。碳纖維制動盤可以在50m內(nèi)將車速由300KM/h降到50Km/h,。碳纖維制動盤可承受2500℃的高溫,，且性能穩(wěn)定。

應(yīng)用實(shí)例：

Porsche AG等車采用碳纖維制動盤,，能在50m內(nèi)將車速從300km/h降到50km/h,。

（4）碳纖維在內(nèi)外飾中的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料具有較好的強(qiáng)度、韌性,、耐熱性和耐老化性,，可改善傳統(tǒng)塑料制品脆性高、耐久性不好的缺點(diǎn),，作為汽車內(nèi)飾材料使用,。碳纖維復(fù)合材料還具有較高的強(qiáng)度和剛性、較好的抗沖擊性,，可作為金屬材料的替代品運(yùn)用于汽車外飾構(gòu)件,。同時(shí)，碳纖維復(fù)合材料具有較好的吸振效果，對撞擊有較大的緩沖作用,，且減少撞擊碎片的產(chǎn)生,，提高了安全性。此外,，碳纖維內(nèi)外飾材料的使用,，除了達(dá)到汽車輕量化效果,，還簡化了零件制造工藝,，降低了零件加工、裝配,、維修費(fèi)用,，降低生產(chǎn)成本。

應(yīng)用實(shí)例：

寶馬M4配備了碳纖維質(zhì)地的前后保險(xiǎn)杠

改裝版奔馳G50在外部套件,、內(nèi)外飾等多處使用碳纖維復(fù)合材料,，在減重的同時(shí)動力也得到升級。

（5）碳纖維在傳動軸中的應(yīng)用

汽車傳動軸的受力情況比較復(fù)雜,，尤其要承受很大的扭矩,，對材料性能要求較高。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有各向異性,、比強(qiáng)度高和比模量相對較低的特點(diǎn),，替代金屬材料作為傳動軸可較好的滿足使用需求。碳纖維傳動軸不僅可減輕重量60%,，而且具有更好的耐疲勞性和耐久性,。

應(yīng)用實(shí)例：

豐田86碳纖維傳動軸僅5.53kg，減重50%

蘭博基尼第六元素概念車使用碳纖維**連桿取代鋼制連接件,，重量減輕40%-50%,。

（6）碳纖維在進(jìn)氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料作為汽車進(jìn)氣系統(tǒng)材料，一方面可減輕重量,，達(dá)到輕量化的效果,；另一方面，碳纖維材料易加工成各種曲面形狀,，且表面較為光滑,，可有效提高進(jìn)氣效率。

應(yīng)用實(shí)例：

福特FalconXR6 Sprint轎車采用100%碳纖維制造的進(jìn)氣系統(tǒng),。碳纖維進(jìn)氣管重235克,，而塑料進(jìn)氣管則為438克。

寶馬E82 135i 配備的碳纖維高流量進(jìn)氣系統(tǒng),，使用高規(guī)格制程的雙面碳纖維風(fēng)箱與管路,，可有效隔絕熱源，提供了更穩(wěn)定的冷空氣來源，提升燃燒效率,，釋放高轉(zhuǎn)速馬力,。

自1953年世界第 1 臺纖維增強(qiáng)復(fù)合材料汽車——GM Corvette制造成功以后，復(fù)合材料正式在汽車工業(yè)生產(chǎn)中登上歷史舞臺,。發(fā)展至今,，CFRP成為目前公認(rèn)的汽車用復(fù)合材料未來發(fā)展趨勢。

德國寶馬公司是CFRP在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的先驅(qū),，其在2008年宣布把CFRP帶入汽車主流材料,；2011年，法蘭克福車展首次發(fā)布i3電動概念車和i8混動概念跑車,；2014年,，批量化生產(chǎn)i3和i8系列純電動車在全球正式上市，為碳纖維產(chǎn)品在通用汽車領(lǐng)域的商業(yè)化普及應(yīng)用邁出了重要的一步,。2015年7月1日,，全新第六代BMW 7系汽車在丁格芬工廠正式投產(chǎn)，該車型所有創(chuàng)新都始終貫穿著車輛整體輕量化的概念,，是寶馬核心產(chǎn)品中第一款實(shí)現(xiàn)將工業(yè)制造的碳纖維材料,、高強(qiáng)度鋼材和鋁材完美組合應(yīng)用到車身的車型。

除了寶馬,，豐田,、大眾、奔馳,、現(xiàn)代等多家汽車制造商也都在開發(fā)汽車輕量化用CFRP,，并應(yīng)用于車身、輪轂,、座椅,、氫氣瓶、前艙蓋,、底盤結(jié)構(gòu)件,、傳動軸等部件。

國外主機(jī)廠與碳纖維供應(yīng)商合作現(xiàn)狀

（1）改裝車

汽車改裝文化源于賽車運(yùn)動,。最早的汽車改裝只針對于提高賽車的性能,，以便在比賽中取得好成績。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展以及賽車運(yùn)動的深入人心,，汽車改裝也早已揭開了神秘的面紗,，成為普通車迷汽車生活中的組成部分，并漸漸成為一種時(shí)尚,。

很多廠商也已經(jīng)開始提供碳纖維材料的小組件,，如后視鏡殼,、內(nèi)飾門板、門把手,、排擋桿,、賽車座椅、空氣套件等,，同時(shí)可以原裝位安裝到發(fā)動機(jī)艙的風(fēng)箱,、進(jìn)氣歧管等碳纖維改裝件也是品種繁多。

在歐洲各國,、美國乃至日本,、韓國、馬來西亞及中國的香港,、臺灣,，汽車改裝早已蔚然成風(fēng),，“無車不改”成為青年車迷的座右銘,。世界上比較著名的轎車改裝公司有專門為奔馳車用戶進(jìn)行改裝的AMG、D2,、BRA BUS和CARLSSON等,，為寶馬進(jìn)行改裝ACSCHNITZER，為大眾公司旗下的大眾汽車和奧迪汽車用戶進(jìn)行改裝的ABT,，為本田改裝的HRC（本田賽車公司）,、MUGEN（無限），為豐田配套的TOM’S和TRD（豐田賽車運(yùn)動發(fā)展部）,，為富士配套的STI（富士世界技術(shù)部）和TEIN,，尼桑的NISMO（尼桑汽車運(yùn)動部）和三菱的專業(yè)改裝公司RALLIART（拉力藝）等等。著名的越野車改裝公司和配套產(chǎn)品廠家有JAOS （JAPAN OFF ROADSERVIC E,，日本越野服務(wù)公司）,，AIBA WORKS，TJM,，ARB,、WARN等等。公開資料顯示,，美國每年的改裝市場大概有400億美元營業(yè)額,。

中國受國家政策影響，改裝車的發(fā)展相對比較滯后,。國家一直有專門針對改裝車輛的相關(guān)政策,。國務(wù)院頒布的新版《道路交通安全法》第十六條中明確規(guī)定，任何單位或者個(gè)人不得拼裝機(jī)動車或者擅自改變機(jī)動車已登記的結(jié)構(gòu),、構(gòu)造或者特征,。某些商用改裝車在改裝后,，會造成與車輛出廠技術(shù)參數(shù)不符的情況，將可能不能通過年檢和日常交通檢測,。由此可見,，政策瓶頸是民用改裝車行業(yè)難以取得較大發(fā)展的主要原因。

得益于賽車運(yùn)動廣泛開展的影響,，中國改裝車再經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地帶也慢慢發(fā)展,。目前中國汽車改裝業(yè)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)有上海、深圳,、北京,、廣州、昆明等地,。在改裝相當(dāng)火爆的城市如上海,，改裝已形成了相對可觀大市場。在改裝勢頭更為猛烈的廣東,，不僅有著良好的改裝市場需求,，而且在珠三角的東莞、中山等地,，已經(jīng)開始形成了頗具規(guī)模的改裝用品市場,。

中國豪車改裝市場近年也有一定發(fā)展。全球最大的高性能奔馳汽車生產(chǎn)廠商—德BRABUS奔馳汽車公司,、寶馬制造商AC Schnitzer相繼落戶中國,。高級定制車品牌哈曼也在上海開設(shè)了旗艦店。在金融危機(jī)前,，主要高端改裝廠商的主要市場是北美地區(qū),，現(xiàn)階段的主要市場是中東和英國。今后中國市場將會成為豪華改裝車最重要的市場之一,。

從豪華改裝廠商的經(jīng)營狀況來看,，AC Schnitzer在中國的銷量約在每月200-300輛之間，歐亞汽車在華銷量全年在300-400輛之間,，初步估算國內(nèi)全年豪華改裝車年銷售量在5000-8000臺,，年碳纖維復(fù)合材料使用量在100噸左右。

（2）豪華車

隨著中國經(jīng)濟(jì)的整體增長,，中國大陸地區(qū)千萬資產(chǎn)高凈值人群數(shù)量約134萬,，帶動了豪華車和頂級跑車銷量的增長?？傮w來看,，豪華車和頂級跑車是現(xiàn)階段整車廠商應(yīng)用碳纖維的主要車型，一般汽車短期內(nèi)應(yīng)用受限于價(jià)格因素還未打開,。按照每輛車使用和滲透了估算,，到2018年汽車領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料需求將達(dá)到25830噸,，其中頂級跑車450噸，豪華車24000噸,。

 2016-2018年碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域和車型預(yù)測

在汽車領(lǐng)域,，碳纖維最早被用于賽車上，工程師通過改裝更輕,、強(qiáng)度更高的碳纖維部件來提高賽車性能,，提升比賽成績。目前幾乎大多汽車改裝廠都有涉及到碳纖維改裝件的項(xiàng)目,，從奔馳AMG,、寶馬M等御用改裝品牌到DMC、Novitec,、TechAtr等頂級高端改裝廠都為對應(yīng)車型涉及了碳纖維改裝“補(bǔ)品”,。從外觀改裝中最小的后視鏡殼、空氣動力學(xué)套件,，到內(nèi)飾改裝涉及的面板部件,、座椅等，更有甚者連傳動軸,、排氣尾段,、輪轂等涉及汽車操控和動力的部分也有碳纖維產(chǎn)品。

時(shí)至今日,，碳纖維部件的使用已經(jīng)不僅僅局限在它原本的使用需求，更在一定程度上成為了汽車“高性能”的體現(xiàn),，大有“不加碳纖維套件,，都不敢說自己是改裝車”之勢。不僅如此,，目前碳纖維套件已經(jīng)被眾多的汽車制造商納入原廠車計(jì)劃,，引領(lǐng)未來汽車發(fā)展的趨勢。

受限于當(dāng)前的工藝技術(shù),，碳纖維復(fù)合材料的成本不管是與傳統(tǒng)的鋼材,，還是現(xiàn)在輕量化優(yōu)先選擇的玻璃纖維和鋁合金，都有不小的差距,，因此盡管在性能和重量上都有顯著優(yōu)勢,，但目前的應(yīng)用仍比較局限。碳纖維最早應(yīng)用在 F1賽車以及追求極致性能的蘭博基尼車身和底盤上,；隨后,，碳纖維改裝件逐步進(jìn)入市場，成為改裝車發(fā)燒友的目標(biāo),；真正進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用的,，則是近期寶馬連續(xù)推出的i3電動車和7系,，在車體采用了大量的碳纖維以達(dá)到減重的效果。這些車型最大的特點(diǎn)是都屬于超跑或者高價(jià)車,，碳纖維復(fù)合材料在中低價(jià)車上的應(yīng)用仍然需要時(shí)間,。

但是單純依靠材料自身的成本控制，價(jià)格下降的趨勢將非常緩慢,，碳纖維復(fù)合材料對汽車工業(yè)的影響將更加直觀地表現(xiàn)為對于整個(gè)汽車制造工藝的革新,，以其先進(jìn)的成型工藝?yán)瓌诱麄€(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本下降，才能推動碳纖維的廣泛應(yīng)用,，才是碳纖維在汽車領(lǐng)域大放異彩之時(shí),。

附：碳纖維在全球速度最快的十大頂級超跑車上的應(yīng)用