(1.湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 十堰 442000；2.東風(fēng)越野車有限公司，湖北 十堰 442000)

0 引言

我國(guó)最早的汽車改裝技術(shù)是20世紀(jì)70年代從香港引進(jìn)的，引進(jìn)的汽車改裝技術(shù)主要集中在廣東、北京和四川等地區(qū)，后來逐漸在長(zhǎng)三角地區(qū)蔓延發(fā)展。伴隨中國(guó)政策的放開化發(fā)展，汽車改裝可行性水平得到提升。碳纖維復(fù)合材料以其輕量化、科技感的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，成為汽車改裝領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展分支[1]。為了能夠更好地促進(jìn)汽車改裝領(lǐng)域的發(fā)展，現(xiàn)就碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的應(yīng)用情況進(jìn)行探究。

1 碳纖維的產(chǎn)生和基本構(gòu)成

碳纖維是在20世紀(jì)60年代開始快速發(fā)展起來的一種高科技、纖維狀碳材料。碳纖維這類材料以聚丙烯晴、瀝青、粘膠纖維作為基本原材料，經(jīng)過預(yù)氧化和碳化加工之后制作形成碳含量在90%比例以上的高性能纖維。碳纖維具備高強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、耐高溫、振動(dòng)衰減性高、導(dǎo)熱和導(dǎo)熱性能良好的特點(diǎn)。碳纖維材料在2 000 ℃以上的高溫環(huán)境中也會(huì)保持自身原有的強(qiáng)度不變。

從實(shí)際應(yīng)用情況來看，碳纖維不僅具備碳材料的性能，而且還具備紡織纖維的可加工性，是新一代的強(qiáng)化纖維材料。碳纖維以樹脂、陶瓷、碳元素、金屬作為基礎(chǔ)材料，經(jīng)過一系列的復(fù)合加工之后形成性能良好的碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料不僅可以作為一種力承載結(jié)構(gòu)材料，而且也可以作為一種功能性材料被人們應(yīng)用到高科技領(lǐng)域[2]。

2 碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 質(zhì)輕高強(qiáng)

汽車上經(jīng)常使用的碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料密度為1.5～2 g·cm-3，密度僅僅為普通碳鋼的20%～25%，甚至比鋁合金還要輕33.3%左右。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，碳纖維復(fù)合材料的機(jī)械性能要優(yōu)于金屬材料，其抗拉強(qiáng)度是鋼材的3～4倍，剛度是鋼材料的2～3倍。按照強(qiáng)度比例的計(jì)算，碳纖維復(fù)合材料超過了碳鋼和一些合金鋼，因而在使用的時(shí)候顯示出較高的強(qiáng)度比。在使用碳纖維材料之后不僅會(huì)降低車身的質(zhì)量，而且還會(huì)降低車的功率。為此，在汽車改裝設(shè)計(jì)的時(shí)候人們常會(huì)選擇碳纖維材料作為做為傳統(tǒng)金屬零件的替代品，由此能夠減少動(dòng)能和沖擊危險(xiǎn)。

2.2 可設(shè)計(jì)性良好

碳纖維復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性良好，在使用的時(shí)候可以按照不同用途來靈活地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和受力情況通過調(diào)節(jié)纖維結(jié)構(gòu)或者排列制作不同厚度的制品，可以提升零部件的整體剛性。

將碳纖維材料按照受力的方向進(jìn)行排列布置能夠在最大限度上發(fā)揮出碳纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到汽車改裝中能夠達(dá)到節(jié)約材料和降低重量的目的[3]。

2.3 零部件的一體化

從節(jié)能的角度考慮，汽車應(yīng)被設(shè)計(jì)成空氣阻力最小的外形，鋼材料制作的薄板在壓力成形的時(shí)候會(huì)受到可加工性能的限制，而碳纖維復(fù)合材料更易實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要來制作成各個(gè)形狀的曲面，從而達(dá)到一體化的成型效果，充分滿足汽車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)要求和美觀設(shè)計(jì)要求。

模塊化、整體化和一體化也是汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，碳纖維復(fù)合材料通過科學(xué)的模具設(shè)計(jì)能夠?qū)⒉煌穸鹊牧悴考牧霞庸こ梢惑w化的模型。由此可見，復(fù)合材料適合應(yīng)用在替代鋼制薄板的零件中，且在加工制作的時(shí)候能夠提升整車的基本性能。

2.4 抗沖擊性

碳纖維復(fù)合材料的抗沖擊性良好，以聚合物為載體的碳纖維材料具備良好的彈性性能，在使用的時(shí)候能夠吸收外界對(duì)車輛的沖擊。同時(shí)，碳纖維材料的各個(gè)基體之間會(huì)形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)衰減系數(shù)也會(huì)被增大，在行駛車輛出現(xiàn)較大沖擊的時(shí)候可以及時(shí)吸收這些能量，最終達(dá)到保障人身安全的目的。

3 碳纖維復(fù)合材料在汽車改裝領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 碳纖維輪轂

碳纖維復(fù)合材料在汽車輪轂制作中的應(yīng)用，能夠提高輪轂的質(zhì)量，從而有助于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。從實(shí)際應(yīng)用上來看，簧下質(zhì)量每減少1 kg，輪轂輕量化效果約等于簧上質(zhì)量減少6 kg，所以碳纖維輪轂會(huì)顯著改善車輛的操控性能。碳纖維材料以其穩(wěn)固性能和堅(jiān)韌的材質(zhì)還能夠更好地完成轉(zhuǎn)向反應(yīng)、傳遞路感等輪轂性能要求，進(jìn)而提高車輛的行駛速度。

3.2 制動(dòng)系統(tǒng)

碳纖維復(fù)合材料在制動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)中同樣有著廣泛的應(yīng)用[4]。碳纖維制動(dòng)盤具備良好的耐高溫性，在實(shí)際應(yīng)用的過程中可以承受超過2500 ℃的溫度，且在使用的過程中能夠保證車輛制動(dòng)盤的安全性和穩(wěn)定性。

保時(shí)捷918 spider應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料制作制動(dòng)盤能實(shí)現(xiàn)在50 m以內(nèi)，使車速?gòu)?00 km·h-1降低到50 km·h-1。從實(shí)際使用情況來看，碳纖維材料制作的傳動(dòng)軸不僅會(huì)降低車輛的質(zhì)量，而且還會(huì)增強(qiáng)車輛的耐久性。

3.3 汽車進(jìn)氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域

碳纖維復(fù)合材料作為汽車進(jìn)氣系統(tǒng)材料，一方面可減輕其質(zhì)量，使整個(gè)汽車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔、輕便；另一方面還能夠?qū)⑵浼庸こ刹煌男螤?，滿足汽車在不同情況下的行駛需要，并有效提高汽車進(jìn)氣效率。另外，從實(shí)際應(yīng)用情況來看，碳纖維良好的耐高溫性能能夠幫助汽車承受更高的工作溫度。

3.4 汽車內(nèi)飾、門窗等領(lǐng)域

碳纖維復(fù)合材料的緩沖和減震效果良好，對(duì)外界的撞擊會(huì)產(chǎn)生良好的緩沖作用，在汽車發(fā)生撞擊的時(shí)候能夠減少因?yàn)樽矒舢a(chǎn)生的碎片，從而提升汽車的安全性能[5]。碳纖維內(nèi)裝飾材料在汽車加工中的應(yīng)用還能夠簡(jiǎn)化汽車的生產(chǎn)制造加工流程，降低汽車加工制造的成本。

3.5 碳纖維材料在傳動(dòng)軸中的應(yīng)用

碳纖維材料的各向異性、比強(qiáng)度高、比模量較低的特點(diǎn)能夠在傳動(dòng)軸上充分發(fā)揮出來。和普通的鋼材相比，在將碳纖維材料應(yīng)用到車身上，可以在同等重量和直徑的情況下，使得車輛的抗扭矩力達(dá)到鋼材的170%以上。不僅如此，將碳纖維材料應(yīng)用到改裝車的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上還能夠有效降低轉(zhuǎn)動(dòng)軸的重量，增強(qiáng)車輛的耐久性和抗疲勞性[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，在社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步下，高性能纖維材料和復(fù)合材料取得了突破性的發(fā)展，加上人們對(duì)汽車加工生產(chǎn)要求的提高，碳纖維零件已成為汽車輕量化發(fā)展的一個(gè)重要方向。在這樣的發(fā)展背景下，越來越多的車用金屬零件將會(huì)被碳纖維復(fù)合材料零件替代，越來越多的碳纖維材料也會(huì)被人們應(yīng)用到汽車改裝領(lǐng)域。但是與國(guó)外的碳纖維產(chǎn)業(yè)相比，我國(guó)現(xiàn)階段生產(chǎn)的碳纖維質(zhì)量不高、離散系數(shù)比較大、生產(chǎn)成本高，碳纖維材料的小批量生產(chǎn)、高附加值生產(chǎn)帶來的高成本將會(huì)是阻礙碳纖維零部件市場(chǎng)化的一個(gè)重要因素。在發(fā)展碳纖維材料的過程中需要相關(guān)人員進(jìn)一步優(yōu)化碳纖維材料的制造模式，提高碳纖維材料的制造效率，從而更好的發(fā)揮出碳纖維材料在改裝車生產(chǎn)加工中的優(yōu)化作用。

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