新能源汽车碳纤维复合材料关键技术
更新时间：2023-04-27 11:30:22
编辑：秘书处
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随着全球能源危机爆发和环保意识的增强，各国纷纷推行降低汽车油耗的政策，并突破口放在了汽车轻量化方面。碳纤维及其复合材料是目前众多汽车轻量化解决方案中最前沿、最具潜力的材料。尤其是近两年，新能源汽车的快速发展给碳纤维及其复合材料的发展提供了巨大机遇。碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有高强度、高模量、轻质、耐腐蚀、综合性能优异等诸多优点，近年来得到越来越广泛的认可和应用。已经成为汽车轻量化进程中不可或缺的重要材料。碳纤维的应用可使汽车减重30%～60%，被誉为汽车轻量化的“王者之材”，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。碳纤维复合材料是由碳纤维增强材料与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的材料，其中碳纤维树脂基复合材料（CFRP）的比强度、比模量等综合指标，在现有结构材料中是最高的，也是应用最广的一类复合材料。目前碳纤维复合材料已在航空航天、风力发电、飞机制造等领域得到很好的应用，近年来在体育休闲、汽车制造、工业机械、轨道交通、医疗器械等领域也得到了扩展。碳纤维复合材料的抗拉强度一般都在3500Mpa以上，比绝大多数金属的比强度高7倍以上。其碰撞吸收能是钢的6-7倍、铝的3-4倍，进一步保障了车辆安全。碳纤维复合材料主要由碳纤维丝束和树脂材料组成，化学性质稳定，无需进行表面防腐处理，其耐候性及耐老化性极好，寿命一般为钢材的2-3倍。采用CFRP材料生产的功能性零部件的疲劳强度也远高于钢材。碳纤维复合材料的密度远低于传统汽车用金属，比钢结构减重50%以上，比镁铝合金结构减重30%，直接影响车辆的节能、加速、制动性能。碳纤维复合材料所具有的更高的震动阻尼可降低整车噪声、振动与声振粗糙度（NVH）性能，提升驾乘的舒适性。碳纤维复合材料集成度高，造型自由，不仅可减少零部件数量，节约生产投入等，而且可以增强设计感。通过在聚丙烯腈基碳纤维聚合过程中引入新单体的方式达到降低总成本的目的。目前，可通过对PAN原丝进行预处理和改变预氧化过程中的工艺方法改进碳纤维生产过程。对PAN原丝进行预处理可分为化学方法和物理方法。化学方法主要为采用高锰酸钾，苯甲酸等试剂对PAN进行化学改性，降低环化温度，提高预氧速度和降低成本；物理方法主要为采用紫外线、电子束、X射线、γ射线。以化学与物理的方法进行处理，可以降 低环化反应的激活能从而减少预氧化时间。RTM（树脂传递模塑成型技术）是复合材料液体模塑成型技术（LCM）的典型工艺之一。RTM工艺流程十分简单， 首先将碳纤维预成型织物放置于模具内，并在其中加入树脂液，通过加温固化的方法使树脂液处于凝固状态，即可脱模，从而得到碳纤维复合材料制件。RTM工艺可以一次成型大型、复杂的构件，可设计性强，尺寸易于控制，表面质 量高，生产周期短，可实现半自动化或自动化生产。热压成型工艺是在一定的温度与压力下，树脂基体发生熔融流动，重新浸渍纤维，从而制备一定形状的复合材料零件。热压成型工艺具有较短的成型周期，易于实现自动化生产过程，可使用传统金属板料成形设备，同时适用于热塑性复合材料的低成本制造过程，对于碳纤维复合材料汽车零部件的高效成型具有广阔应用前景。随着科技的发展，经济水平的提高，汽车几乎走进了每个人的生活，成为人们不可或缺的生活必需品，对于人们的生活、出行等方面有着极大的便利条件。加之碳纤维复合材料的诸多优点使得其在在汽车轻量化领域的的应用市场非常广阔。
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