碳纤维增强复合材料或将应用于汽车减重

随着时代的发展,未来的汽车市场将以电动车为主,目前,国内充电桩的装置越来越多,这是为电动车时代做准备,但电动车的续航能力却离不开碳纤维增强材料。

一、电动车是汽车未来市场的必然趋势

1.国家政策驱使

2014年5月7日,工信部发布《兰亍加强乘用车企业平均燃料消耗管理的通知(征求意见稿)》,其中为了达到2015年我国生产的乘用车平均燃料消耗量要降至6.9L/100Km及2020年进一步降至5.0L/100Km的目标,针对不达标的企业提出了惩罚措施。如此压力倒逼车企寻求技术转型。

一直以来,我国乘用车在提升产品油耗方面步伐较慢。从2006年到2012年,平均每年油耗只降低了1.3%。目前,国内乘用车的平均油耗为7.38升/100公里。79家国产乘用车企业中,有22家未能达标。要达到2015/2020年平均油耗大限,根本出路是新能源、新材料双轮驱劢!

2.汽车产业趋势

欧洲电动汽车将占新车市场的20%,德法政府将实现清洁能源汽车累计产量200万辆的目标。我国要求到2020年,新能源汽车生产能力将达200万辆、累计产销量超过500辆。“中国制造2025”将“节能与新能源汽车”列入十大领域之一。

二、减重是目前电动车解决续航的主要手段

研究表明,约75%的油耗与整车质量有关,降低汽车质量,就可有效降低油耗以及排放。目前,大量研究表明,汽车质量每下降10%,油耗下降6-8%,排放降低4%。

表1 纯电动车整车质量与续航能力关系

由图2与3及表1可以明显看出,汽车重量越低燃料的效率越高,从而使汽车的续航能力大大提升。所以,汽车轻量化是汽车节能与环保,提高续航能力最有效的措施之一。

三、碳纤维增强复合材料是目前解决减重的最好方法

1.各种材料的减重能力

下面,我们来看看各种材料的减重情况:以耗钢材400kg为标准,高强度钢材则需要320kg,铝合金240kg,镁合金220kg,复合材料160kg,减重潜力分别为:10%—20%、40%、50%以及复合材料的60%。

2.各种材料车身质量对比

表2 各种材料车身质量对比

3.碳纤维增强复合材料在汽车减重上的应用实例

引领未来的宝马碳纤维量产电动汽车,全碳纤维承载式车身总重只有112.2公斤。号称“宝马有史以来技术最先进的车型”的宝马i系将再引领丐界汽车发展的潮流。这些车的4门两盖也都是复材(外板-工程塑料,内加强板-玱纤戒碳纤增强)材料制成。预测今后宝马在CFRP(碳纤维增强复合材料)的应用方面会继续领先,宝马以外的欧洲各大汽车厂商也将陆续在每年2万～5万辆生产规模的量产车上采用CFRP。

总结：

政府严格的车辆油耗标准和二氧化碳排放法规,是新能源汽车选择CFRP的重要推手。以美国为例,2017至2025年美国新款乘用车的燃料效率要求达到4.32升/100公里,比当前车辆水平几乎提高一倍。据估算,典型的乘用车需减重245kg才能达到此目标。在同样续航里程条件下,电动汽车的重量比传统汽车要超过200~300kg甚至更多。

因此为保证电动汽车有较好续航里程和可承受的成本,电动汽车的车身重量须减重50%以上。在所有轻量化材料中,CFRP是唯一能将钢质零部件减重50~60%,却能够提供同等强度的先进材料。所以说,CFRP是未来发展电动汽车的必然选择。

来源：艾邦高分子