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摘要：针对碳纤维复合材料而言，其属于较为先进的复合材料，具有轻强度高、抗腐蚀等特点，与其它纤维增强复合材料相比，优势非常明显，目前已被大范围的应用到了航天航空、汽车工业等领域，尤其在汽车工业领域中得到了较大的关注度。基于此，本文主要就汽车用碳纤维复合材料的发展历程进行了分析，应阐述了其具体应用，以期能够为相关人员提供一些有价值的参考。
关键词：汽车；碳纤维复合材料；发展历程；应用
1、汽车用碳纤维复合材料的发展历程
在基于复合材料的发展角度来说，其在20世纪60年代末，高性能碳纤维已初步实现了商业化，该材料在生产中对技术的要求较高，但其优良性能可进一步满足现代高技术发展需求，故发展速度较为迅速，除航天、航空领域外，体用用品、汽车等领域也有应用。有相关研究指出，在1979年西方发达国家就提出了以CFRP为前提的轻型实验车构想，碳纤维复合材料约为300千克，这就在一定程度上减少了燃费，在实验车里，碳纤维复合材料主要被应用到了车体面板、板弹簧等功能零件中，且也有在车的发动机体等部件上尝试应用。针对碳纤维复合材料而言，其质较轻，具有较强的设计性，相较于玻璃钢，其弹性模量高处4至9倍左右，而与金属材料相比，在3至4倍左右，如若想要批量生产，其成本就会有明显下降，体现出了较高期望值。另外，也有相关报道显示，碳纤维复合材料在汽车生产方面的应用呈高速增长趋势，2010年至2017年的年均增长率超过了30%，有预测在2017年阶段里碳纤维复合材料的市场容量会增至7885t，销售额也随之提高。就现阶段而言，我国汽车碳纤维复合材料仍处于起步状态，但已有很多碳纤维制造商加大了与汽车厂商的合作力度，进一步对碳纤维材料在汽车领域的应用进行了研究[1]。
此外，为进一步体现出复合材料的减重特性，现今玻璃纤维已逐渐由碳纤维取代，其中DSM公司研制的碳纤维片状膜塑料在汽车的亚结构部件中得到了较好的应用。近些年来，人们的环保意识慢慢增强，对节能方面的关注度越来越大，从而就进一步促进碳纤维复合材料的发展，相较于热固性复合材料，碳纤维热塑性符合材料具有明显的优势，其具备较强的抗冲击性及耐环境性，能够实现材料的回收利用。值得注意的是，碳纤维增强热固性复合材料仍处在一定的不足，如在回收方面存在阻碍，从而就也影响了汽车工业中对此材料的广泛应用，对此国外发达回家就加强了对碳纤维复合材料回收的研究力度，可采用粉碎方式进行，粉碎后的复合材料可被当作填料使用，如化工容器，亦或是建材中等，为碳纤维复合材料的进一步发展奠定了基础。
2、汽车用碳纤维复合材料的应用
就目前而言，汽车生产想要进一步满足轻量化、阻力小等要求，就需选择质轻，且一体多能的结构材料予以使用，碳纤维复合材料通过其指标特性就成为了最佳的材料选择。通常情况下，碳纤维复合材料主要被应用到了汽车制造中的连杆、离合器片、框架、推杆、加速装置等部件中，车体方面则以侧门、车顶内外衬等位置最为常见。
（1）车身的应用
有研究报道指出，宝马公司在开发Z9、Z22车中其车身结构件就应用到了碳纤维复合材料，以2003年M3系列车型为例，碳纤维复合材料就被应用在了车型顶盖及车身结构部件中。另外，在1966年丰田汽车在其内装中就应用到了碳纤维复合材料，如“MARKⅡ”等车型，且还与其他公司进一步对车身覆盖件碳纤维复合材料的应用进行了开发，以达到在载货车上应用的目的。以大众汽车的2L车为例，碳纤维复合材料就得到了很好的应用，车身应用超过了40%，法国的SP系统公司将一种被用于BoxsterS车的碳纤维复合材料发动机罩盖进行了展示，由碳纤维增强材料、预催化树脂薄膜的交替层构建出了碳纤维材料体系，通过树脂薄膜浸渍技术的应用完成了加工。针对碳纤维复合材料而言，其能够多层、积层的快速铺放，可不用热压罐予以支持，从而挖完成低温固化，生产出的不仅具有质量高、表面光洁度高等特点[2]。
在发动机罩盖的制造中，碳纤维复合材料除了有质量轻的优势外，且其生产还较为简便，与金属发动机罩盖相比，综合成本较低。以ChevroletCorvetteZ06纪念版轿车为例，其发动机罩盖就是应用了碳纤维复合材料，重度在9.3千克左右，其发动机罩盖外板全部应用的是碳纤维/环氧复合材料制备，内板的制成则主要由低密度玻纤SMC和碳纤维SMC融合实现。有报道指出，英国的材料系统实验室曾经就对车身的轻量化、生产成本方面开展了研究，经研究后结果提示碳纤维复合材料的车身质量较轻，在172千克左右，与钢制车身质量相比，体现出来较轻的优势。
（2）底盘传动系统方面应用
以DodgeViper型跑车为例，碳纤维复合材料就被应用到了挡板支架系统中，实现了碳纤维在大型底盘及车身外部件的应用，该车型的碳纤维挡板支架重量仅在1.9千克左右，碳纤维复合材料中有掺加55%碳纤维碎屑，受无其他填充物的影响，其密度较低，约为1.4g/cm3，加之金属零件的减少，从而就在一定程度上实现了减重。值得注意的是，虽然碳纤维复合材料挡板支架壁厚在2毫米左右，但其却发挥着较强的支撑作用，可将车身前端支撑起来，通过与其它零件的有效连接，刚性也得到了明显的提高[3]。
（3）压气机叶轮应用
现阶段，随着汽车工业的工业的高速发展，发达国家已开始重视了对碳纤维复合材料取代铝合金的研究，从而实现出汽车涡轮增压器压气机叶轮的制造，有利于减轻叶轮质量，这不仅会降低转子惯量，且还可促进转子加速性能的提高，在一定程度上减少了涡轮增压器响应滞后时间。同时，为进一步达到叶轮强度、耐久及可靠性方面的要求，就需处理了碳纤维表面，实现了碳纤维复合材料强度的提高，这主要是因为基体树脂使用了玻璃化转变的温度聚醚酮，相较于铝合金，复合材料的就充分体现出了较高抗拉强度优势[4]。
（4）制动器衬片应用
针对汽车制动器的衬片而言，其构成材料主要为石棉摩擦材料，当处于高温制动情况下时，该材料极有可能发生摩擦性能“热衰退”，且所产生的石棉粉尘，还具有致癌风险，会危害的人体健康。基于此，现阶段各国都加大了对新一代摩阻材料的研究，旨在替代石棉摩擦材料，碳纤维复合材料通过其强度高、耐热性强等特点，已逐渐取代了石棉。
（5）传动轴应用
在制造传动轴的过程中，碳纤维复合材料的应用能够实现对整体结构重量的减轻，且振动噪声较小，不仅促进了传动轴临界转速的提高，且还在一定程度上减轻了后期的维护费用。以美国摩里逊公司为例，其在1985年就将碳纤维复合材料应用到了汽车转动轴制造中，所产出的传动轴，被同用汽车公司进行了应用，主要应用在载重汽车方面，由于其材料可实现两个制件的合并，故与钢材相比，其质量较低，各转动轴均有明显减轻[5]。
（6）在变速箱同步器齿环中的应用
针同步器而言，其属于机械式手动变速箱的主要零部件之一，发挥的作用极为关键，实现了换挡操纵的进一步简化，这在减轻司机劳动强度的同时，也在一定程度上规避了换挡冲击。同时，从同步器的结构来说，摩擦环属于重要零件，通过锥面产生的摩擦力矩，可促使两个换挡元件间的同步运转。但就目前来说，传统的同步器已渐渐无法满足现代化机械要求，而碳纤维摩擦材料同步器通过其使用时间长、高强度等特点得到了较好的应用，在对碳纤维布予以选择时，要在基于摩擦系数的前提下进行，确保摩擦材料能够和同步齿环复合材料进行有效的粘连，提高使用的稳定性，相较于碳基复合材料，此材料的性能及综合成本优势明显。
3、结语
综上，在汽车工业领域中，碳纤维复合材料通过其自身独特优势得到了大范围的应用，但在开展产业化推广时仍面临着一些问题，包含连接部位安全性的提高、质量稳定性的提高等方面，故就需加强对这方面的研究力度，以更好的满足现代化工艺新要求、新标准。
参考文献
[1]张国腾,陈蔚岗,唐桂云.复合材料轻量化技术在舰船制造领域的应用[J].纤维复合材料，2016（1）：31-32.
[2]唐见茂.碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望[J].航天器环境工程，2016（3）：269-270.
[3]沈真.碳纤维复合材料在飞机结构中的应用[J].高科技纤维与应用，2010（４）：63-64.
[4]李威,郭权锋.碳纤维复合材料在航天领域的应用[J].中国光学，2018（3）：201-202.
[5]兰凤崇,庄良飘,钟阳等.乘用车车身结构轻量化设计技术研究与实践[J].汽车工程,2019,32(9):763-168.