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舷澈菊％W接材料科技与应用
收稿日期：2019-12-25
作者简介：蔚亚(1985-)，女，汉族，陕西渭南人，硕士研究生，讲师，研究方向：汽车检测与维修技术、新能源汽车技术、液压与气压传动技术等。
碳纤维复合材料在新能源汽车中的应用形式与进展
蘭亚，康帆
(西安航空职业技术学院，陕西西安710089)
摘要：在新能源汽车领域中，碳纤维复合材料所起到的作用越来越重要，从汽车的车身到发动机等，金属材料逐渐地被碳纤维复合材料所取代，碳纤维复合材料具有良好的吸收能量性能、低密度、超强韧性，结构稳定，耐腐蚀耐高温等优异的性能，在很大程度上提高了汽车的减震能力等各项性能，同时也是使汽车轻量化的理想材料。简单的介绍了在新能源汽车领域中碳纤维复合材料的应用以及进展。
关键词：碳纤维复合材料；新能源汽车；汽车行业；应用
中图分类号:TQ635.2;TQ342+.74文献标识码:A文章编号:1001-5922(2020)04-0086-04 Application Form and Development of Carbon Fiber Reinforced
Polymer in New Energy Vehicles
WEI Ya,KANG Fan
(Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute,Xi x an Shaanxi710089,China)
Abstract:In the field of new energy vehicles,carbon fiber reinforced polymer plays an increasingly important role.From the automobile body to the engine,metal materials are gradually replaced by carbon fiber reinforced polymer.carbon fiber reinforced polymer has good energy absorption performance,low density,super toughness, structural stability corrosion resistance and high temperature resistance and other excellent performance,to a large extent improve the performance of the car's shock absorption and other properties,but also an ideal material to makes the car lightweight.The application and development of carbon fiber reinforced polymer in new energy vehicles are briefly introduced.
Key words:carbon fiber reinforced polymer;new energy vehicle;automobile industry;application
随着社统济不断的，汽车作为人们生活中必不可少的具，汽车行业得到了的大力发展，汽车在命亍业都发昨重要的作用，极大的方便了人们的生活，但与此同时，汽车的广泛使用也给现今社会带来了许多问题，诸如能源与环境方面的问题。当今社会，低碳环保、节能减排已经引起了人们的高度重视，随着人们不断提高的节能和意识，新能源汽车等相关的领域得到了大力的发展，Biff型的复合材料也得到了好的倾机会。卿维复合材料大大价低了新能源汽车的生产成本和消费者的使用成本，并且拥有优异的各种性能：吸收性能，潮虽韧性，耐腐蚀，耐高温，耐疲劳等。因此，加强碳纤维复合材料在新能源汽车领域中应用的研究是非要必要的。
1碳纤维及其复合材料
碳纤维，4种碳含量在90%以上的高强度高模量
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||Academic papers 材料科技与应用
纤维材料，耐高居所有化纤之首，它的结构主要是由石墨微晶等有机物纤维，然后沿着纤维轴向堆砌而形成，再融碳驱石魏等复杂工艺处理，然后得到微晶石墨的集合体。碳纤维的石墨微晶结构是沿着纤维轴向选择更优的方向取向的，因此碳纤维的模量和强度在这个方向上都很高。碳纤维复合材料是由碳纤维与金属，陶瓷，树脂等甜制作而成。蹄维和树獅作的复合材料，其比强度和比模量在所有现存的工程材料中是最高的。因为躺潍的各方面优异性能：比强度，比模量，耐腐蚀，吸能豁，使彳军工，姒，观汽车，体育等领域都有很广泛的应用O
1.1碳纤维复合材料的优异性能
1.1.1力学性能
密度低，在绝大多数的耐高温材料中，碳纤维复合材料是最轻的，在很高的温度下也能保持良好的强度，拉伸强度和弹性模量也非常好，高于一般的材料，此外，也有较好的断裂韧性和抗疲劳性。
1.1.2热物理性能
热膨胀系数小，比热容高，吸收能量的功能很好，所以它的耐高温耐热摩擦的性能都非常显著。
1.2碳纤维复合材料的特征
1.2.1超强拉伸弹性
一般情况下，碳纤维复合材料的拉伸弹性高于3500Pa，相当于钢材料的7倍。同时，碳纤维复合材料的比模量也是远远高于钢的。
1.2.2耐高温，耐腐蚀性
与其他很多材料相比较，碳纤维复合材料拥有耐高温，耐腐蚀等超强性能。凭借独特的碳结构，碳纤维复合材料拥有大面积的整体成型特征。另外，稳定性和可塑造性也是它的优点，这些独有的特征使得它在车轻量化实现线性增长。
1.2.3优越的能量吸收性能
碳纤维复合材料具有优越的吸能性能，使得其在新能源汽车中得到广泛的运用。碳纤维复合材料的质量轻，具有抵抗更大的冲击的能力。与同类的钢材料零部件相比，其质量不到钢的50%，与同类的铝材料零部件相比，其质量是铝的70%左右⑶。
2碳纤维复合材料在新能源汽车领域中的现状
2.1德国
全球汽车行业中，德国_直处于领先地位，新能源汽车行业的发展也非常快速。德国新能源汽车在实现
汽车轻量化取得了巨大成就，降低车身重量的同时也保证了汽车的稳定结构。碳纤维复合材料的使用使新能源汽车实现“瘦身”。
2.2日本
日本一直致力于高新技术的发展，新能源汽车行业也成为重视的行业之一。使用碳纤维复合材料，日本汽车行业实现了汽车车身构造一体化，大大缩短了汽车生产工艺，节约成本，同时也减轻了汽车的重量，实现了节能减排。
2.3国内
近些年，我国的汽车工业取得了很大的进步，已经步入了稳健的发展状态。国内的汽车企业近些年也都在致力研发设计新能源汽车，并且也取得了一定的成就⑷。例如车企长城自主研发了一款纯电动跑车，为了减轻车身质量，这款跑车应用了大量的碳纤维复合材料，与此同时设计上实现了很大程度的节能环保，汽车的安全性也得到了保证。更早之前，奇瑞也推出了一款新能源汽车，碳纤维复合材料构成了新能源汽车流畅的车型，使汽车的各方面性能都有效提升。目前，中国的碳纤维复合材料的研究更加重视生产技术上的突破，降低生产成本，使其在汽车行业得到更加广泛的使用叫
3碳纤维复合材料在新能源汽车行业的发展趋势随着当今世界科学步，人们生活的方式也在不断地改变
着、进步着，生活因现代科技的，鮭发展变得越来越便利，但是与此同时科技的不断进步也给人类的生存环境带来了一些威胁。为了实现人类社会的可翳换全世界各国都卿越重视与强调低甦产、节能减排。汽车行删重点研发低碳节能的新能源汽车，其中最重要的一点就是实现汽车轻量化，碳纤维复合材料则成为制酬能源汽车的首选材料，成为鈿汽车生产商的重点w究方向。我国经过几年的研发，在碳纤维电动车的相关研究上已经取得了一定的够。国际上其他国家，对碳纤维复合材料在新能源汽车上的应用研究也是极其重视的。诸如德虱美国以及日本，都对新能源汽车上碳纤维材料的族开展了大力研发。此前，德国奔驰公司就与日本生产商合作，一起参与投资建厂，致力于生产碳纤维材料汽车配件。此外，德国宝马公司投资了大量的资金用于电动汽车车身的开发与设计，并且后来成功研发出了全球首款全碳纤维车体汽车，在全世界引起了非常大的反响
。
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材料科技与应用
近些年来，定了相关的-^删与瞰
比如二M 化碳排放法规，汽车燃料经济性标准等等。在
相^^的引导下，汽车疔商们更加青睐于瞬维复 合材料。随着册牺#»越高的要求，诸如汽輙 量化，燃油效率提高等，碳纤维越来越多的出现在人们
的生产制造中，由此可见，碳纤维复合材料的广泛使用 是一种必然的趋势，尤其在新能源汽车领域叫
汽车的轻量化设计，降低车身质量，降低汽车的 能耗，同时能够是汽车的综合性能全面提升。要实现
车身轻量化可以通过结构轻量化和材料轻量化两个方 面着手，现阶段车身机构设计技术已经相对成熟，因
此，目前还是以材料轻量化研究为主要手段。
4碳纤维复合材料在汽车行业的应用
在人们的日常生活中，汽车是一种非常重要的交 通工具，给人们的生活带来了很多的便利，但是与此
weight的所有形式同时，随着汽车被越来越广泛的使用，也带来了一些 问题，比如环境污染，能源危机等等。因此，现在在 汽车的生产上面，都会力求达到良好的节能减排标 准，这也就要求汽车的轻量化以及低能耗低污染。相 关数据表明：汽车的整车质量每减少10%，汽车的燃 油效率能够提高6%~8%。汽车的质量每减少100炖,
行驶里程lOOkm，油耗可以减少0.3-0.6L，同时二氧
化碳的排放能够减少500g 叫
碳纤维复合材料不仅实现了汽车的轻量化，而且 也能够达到汽车的刚性性能需求［5］，如表1所示。表1碳纤维复合材料在新能源汽车中的主要应用途径
Tab.l Main application of carbon fiber reinforced
polymer in new energy vehicles
部位
W
架
身盘
车底隔音好 板盘缓冲座椅备胎窗饰及
架结构仓其它
比例（％）13
23
27
74 12 4 10
4.1在汽车车身上的应用
传统的汽车生产中，钢铁等金属材料占车身比重较
大，如果改用碳纤维复合材料制造汽车车身和底盘, 汽车整车的重量可以减少40%~60%，相当于钢结构的
1/3-1/6，其拉伸轻度却是同类钢结构的7~8倍叭而且
同时，汽车车身的安全性和抗冲击能力也能得到保证。 此外因为碳纤维材料易于加工^各种复杂的结构，可以
实现新能源汽车车身的一#化，如图］所示。很大程度 上的缩短了工艺的制造流程，从而降低一部分制造成 本。所以说，銅蝮合材料在汽车车身的应用上有很
大的研发空间，具体对比如表2所示。
图1碳纤维复合材料一体式车身
Fig.l carbon fiber reinforced polymer integrated body
表2碳纤维与其他轻量化材料的性能对比
Tab.2 Performance comparison between carbon fiber
and other Eghtweight materials
材料
密度拉伸强度比强度(N ・m/kg)拉伸模量（GPa ）比模量(N *m /kg)
（妙曲）(MPa)高强钢
7.9781lOlxlOf 20826X10-3
铝合金 2.8
36113 似 I F 70
49X10T 3镁合金
1.924113 似 I O"
4525x10-3玻璃纤维增强
复合材料（单向） 1.86961
513x10-3
39
21x10-3
碳纤维增强复 合材料（单向） 1.64
1241
762X10-3
215132X10T 3
4.2在汽车车毀中的应用
汽车的车毂是汽车的重要部件之一，如图2所示。 对汽车的安全行驶起到至关重要的作用。车毂要承受
汽车自身的重量以及汽车的载重，此外车毂还要传递 驱动和扭矩，因此对汽车车毂的质量有很高的要求。
碳纤维复合材料具有优异的耐热性能、耐疲劳性能以
及力学性能，可以作为替代金属材料作为车毂的制作
材料，以满足车毂高强度，良好的抗冲击性，良好的 耐热和导热性能的要求。与此同时，碳纤维复合材料 制作车毂可以使车毂的质量降低，与利于减少车轮转 动的惯性，更快的启动汽车、停止汽车以及转向速度。
图2碳纤维车毂
Fig.2 Carbon fiber hub
4.3在汽车内外饰，门窗上面的应用
良好的吸收能量的性能是碳纤维复合材料的一大 优点，因此汽车在迎接撞击时，能很好的吸收其产生
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的巨大冲力，起到良好的缓冲减震效果。同时减少因撞击产生的碎片，很大程度上提升了汽车的安全性
能。汽车上的内外饰使用碳纤维复合材料制作，如图3所示。可以很大程度上降低汽车生产成本和用户的使用成本，首先使用碳纤维复合材料可以实现汽车轻量化，此外因为碳纤维复合材料易加工成型，从而简化汽车的零部件制作工艺流程，进而大大减少在加工零部件，维修以及装配过程中的生产成本。
图3碳纤维车内饰
Fig.3Car interior made of carbon fiber
4.4在汽车进气系统上的应用
汽车的进气系统采用碳纤维复合材料，因起良好的加工性能，容易加工成各种需求的曲面的复杂形状，并且，碳纤维复合材料光滑的表面可以有效提高汽车的进气效率。此外，它还可以减轻进气系统的质量，进而减轻整车质量，达到轻量化的效果。
碳纤维在新能源汽车应用上的优势如下所示。
1）密度小，可以达到汽车轻量化的要求，进而实现节能减排，减少对环境的污染，是一种环保型材料。
2）可塑性良好，碳纤维的复合材料具有很好的可塑性，可以根据使用需求容易加工成各种各样复杂的
形状，包括一些金属材料难以加工的曲面形状，有利于实现汽车车身一体式的整体结构。例如将车内所有座位设计成f整体，应用金属材料的话，大概需要焊接50~60个零部件，碳纤维复合材料的零部件这要大大减少，简化了成产的工艺流程，很大程度上提高了工作效率。
3）碳纤维复合材料具有良好的吸能量的性能，应用于汽车的车身，受到撞击时可以起到缓冲减震吸能的作用，汽车的安全性能可以得到很大程度的提高。
随着碳纤维复合材料的研发成功，如今已经得到全世界的汽车生产商的认可以及运用，并且需求量与日拥有广阔的发展前景。但是碳纤维的成本相对较高，所以目前大多只是使用在高档轿车以及赛车上面。碳纤维复合材料在能源节约，环境保护上面可以起到重要的作用，符合社会发展的主流趋势，应加快对碳纤维的研发，降低成本，提高性能，必定能大大的推动汽车行业的快速发展［6］o未来我国碳纤维材料的研究也应该致力于降低碳纤维及其复合材料的的生产制造成本，只有这样才能更好地发挥碳纤维材料在新能源汽车行业更甚至其他各行各业的重要作用。为建设可翹倾的社会提供一条有效的统。
5结语
目前全球碳纤维只要是美国，日本，德国制造的。虽然近些年，我国在碳纤维复合材料的研发制作领域已经有了一定的研究成果，在一些关键的领域和装备应用上面也取得了很好的成效，但是与国外相比还是有很大的差距。表现在原产丝杂质含量高，碳纤维质量不稳定，离散系数大。此外，生产制造的成本
还有待降低。虽然现阶段有部分国产的碳纤维产品应用于航天航空，体育休闲等领域，但是高端应用领域只占比相对较少，我国的大部分高端碳纤维产品主要依赖于其他国家的进口，汽车领域中碳纤维的应用程度也与国外有着一定的差距。我国的碳纤维研发技术还需要更进一步研究，使研发的技术上取得良好突破，形成一种体系模式：产业化碳纤维发展模式，能使我国更多的高端碳纤维产品使用自己生产制造的材料，打破其他国家的技术垄断。
^域对材料轻量化，高性能化，环保化的要求越来越高，以及碳纤维复合材料的高性能发展，碳纤维复合材料在航天航空，汽车，能源，环保，体育等等领域的应用需求将会越来越大。碳纤维材料的复合技术竞争也会越来越激烈，各个国家以及汽车制造商也都在积极的开发，正积极的加入到这个竞争。中国的碳纤维技术研究也在不断发展，奋力追赶，新能源汽车领域中碳纤维及其复合材料的应用也必将越来越广泛，汽车行业以及对关的产业也必定会雌倾酩
参考文献
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⑶张新元，何碧霞，李建利，等.（下转第110頁）
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企业作业人员定时、定人、定岗履职的物联网信息系统，可通过生物识别、智能门禁、实时定位等技术，能够有效识别、跟踪作业人员及车辆的位置和行为。人员安全是化工企业安全管控的重点。
4)企业生产全流程管理系统：该系统融合了化工企业安全生产标准化和化工企业过程安全管理要素，主要包括安全生产目标责任管理、安全制度管理、教育培训、现场管理、作业管理、安全风险分级管控及隐患排查治理、应急管理、事故管理、考核评审、持续改进等信息管理系统。
5应用评价
化工制造企业应用基于SaaS模式的设备信息管理平台，除了能够满足企业的基本业务需求外，还具有以下优势：
5.1开发周期缩短
SaaS服务模式的通用性较强，产品化程度高。其提供的软件是由软件开发商已经开发好的成熟的软件产品，具有“一次开发、重复使用”的特点。企业需要使用软件时，只需购买即可。对于项目型工作，尤为有利，项目需要时，开始租赁；项目结束时，停止租赁。大大减少了企业自行开发软件的周期。
5.2节约成本，降低风险
化工企业使用SaaS模式平台，无需建立数据中心、不用购买硬件设备、不用设立专门的IT部门来研发和维护设备管理软件，只需按服务协议向云服务供应商支何■一定的租用费用，即可在公司内部使用合适的设备管理软件，大大降低了成本。另外，企业一旦发现租用的设备管理系统与企业业务流程不符合，只需更换一个合适的软件即可，无需承担信息化失败的后果。
5.3可靠性高
SaaS平台的运营商和软件提供商负责维护工作，最终用户无需维护网络、SaaS服务器、数据库等专业性非常强的基础设施，提高了系统可靠性。企业通过互联网登录SaaS服务器，即使企业的计算机受到病毒入侵，也不会影响到SaaS服务器的安全，数据安全可以得到保证。SaaS平台配有专业的软件技术人员和维护人员，能随时发现问题、解决问题。
5.4灵活性和扩展性
SaaS模式的软件，只需连接互联网就可以使用，用户能够十分方便灵活地选择使用地点。用户还可以根据自己的应用规模确定“租用”多少“云”资源，这样就不会造成资源的浪费。此外，软件的升级由软件供应商完成，操作简洁、安全。因此，SaaS是相当灵活和易于扩展的。
6结语
随着云计算和企业信息系统的快速发展，不论是软件产品的交付模式还是商业模式，正逐步向服务化、网络化转变SaaS软件服务模式的出现对中小型企业管理信息化平台的建设有着巨大的推动作用，该模式有利于中小型化工企业以较低成本快速地进行信息化建设，将主要精力集中在自己擅长的领域，为提高核心竞争力和进行业务扩张奠定了夯实的基础。
参考文献
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