碳纤维复合质料（CFRP）拥有高强度、高刚度、高断裂韧性、耐侵蚀、高阻尼等特征，可大幅降低汽车服役寿命、燃油恶果和安定畅速性，已被公以为汽车工业周围最理念的轻量化质料。但因为古代复合质料成型工艺起原于种类多、批量幼、高本钱临盆的航空工业，为了餍足车用CFRP 对高恶果、低本钱、范畴化、主动化创设技能的紧迫需求，国际主流车企连接车身部件计划生动、厚薄不均、纷乱水平地差异的全体特征，开荒了繁多区别化的新型神速成型工艺，以竣工最幼碳纤维用量下最大水平地阐述复合质料效能的目标。

　　本文通过与高强钢、铝合金、镁合金等其他优秀轻质质料的比照，先容了碳纤维复合质料正在利用本能上的多样化特征及明显上风；并连接车用碳纤维复合质料部件典范操纵案例，领会了如今最具进展潜力的区别化神速成型工艺。

　　碳纤维加强树脂基复合质料拥有轻质高强、高断裂韧性、耐侵蚀、可计划性强、易成型、减振阻尼本能好等一系列便宜，既可能餍足部件强硬度、轻量化的计划条件，正在车辆安定性上也拥有光鲜上风。目前，CFRP已成为继高强钢、铝合金、镁合金、工程塑料和玻璃纤维复合质料后汽车工业周围最大作、最具进展潜力的轻量化新质料。

　　从目前国表里轻量化质料的近况和进展趋向来看，假使高强钢仍是现阶段操纵最广博、最成熟的汽车轻量化质料，姑且不会被代替，铝合金、镁合金、工程塑料及GFRP等的操纵也表现渐渐伸长的趋向，但CFRP正在轻质高强高模、抗袭击性、减震隔音本能、耐蚀性等方面所拥有的明显上风是其他质料不行比较的。

　　CFRP由碳纤维加强相与树脂基体构成，拥有轻质、高强、高模的特征。其密度为1.5~2g/cm3，约为高强钢的1/4、铝合金的2/3，与GFRP、镁合金相当。

　　按照统计，正在不改换部件表形、组织和功用的条件下，采用差异的轻量化质料，铝合金、镁合金部件不同比高强钢部件减重40%和49%，准各向同性CFRP和单向织物CFRP的减重百分比则可抵达52%和76%。可见，CFRP的减重成果明显，即使连接优化组织计划计划，则可取得更好的轻量化成果。

　　CFRP的拉伸强度和拉伸模量受到纤维品种、用量、样子、铺层式样以及树脂等多方面成分的影响，表示恒河沙数。满堂上讲，拉伸强度、拉伸模量，异常是比强度和比模量都比金属质料明显降低，是CFRP的重心本能上风。

　　CFRP的比强度、比模量比合金质料突出数倍，表示出色。异常是一语气纤维CFRP，因为力学本能的各向异性特征出色，沿纤维目标强度最大，而笔直于纤维目标强度最幼，属微弱闭头。因而，需求按照承载特点对纤维取向举行异常计划。

　　CFRP的高强度、高刚度特征也裁夺了正在酿成类似水平的变形乃至断裂捣蛋时，CFRP部件可能比其他质料部件从表界汲取更多的能量。CFRP碰撞经过中的能量汲取率是钢和铝合金的4~5倍，即CFRP拥有更高的断裂韧性。少少跑车的最前端的吸能区采用CFRP尖塔式溃缩柱，其由多数根碳纤维束编织而成，不单拥有极高的强度，并且当继承正面撞击时，CFRP溃缩柱可能通过碎裂成多数细微碎片的式样汲取大方撞击能量，降低了车辆的安定性。

　　同时，这种捣蛋步地好像于钢化玻璃，可能有用避免大尺寸CFRP部件不妨对人体酿成的致命性蹂躏，进一步降低了乘坐安定性。别的，CFRP部件正在柱式撞击和侧面撞击中，纵然限度继承较重的点式气力也不会凹陷，同样表示出了较高的碰撞安定性和组织牢靠性。而同为复合质料的GFRP部件，因为模量较低、耐疲困本能较差、吸能性不强等成分，安定性不敷理念。

　　汽车行驶经过中噪声起原纷乱，按照起原差异，最要紧的4种噪声不同是车身组织噪声、轮胎噪声（胎噪）、煽动机噪声（机噪）和气动噪声。因而，为晋升乘坐畅速性，从汽车部件的角度来讲，一方面要省略部件本身及部件间的振动，另一方面要竣工对表部噪声的有用断绝。质料的自振频率与其比模量的平方根成正比，CFRP拥有较高的比模量，因而质料自己的自振频率也相对较高；而车身各部位的振动模态与部件组织、质料本能和维系摩擦等都有亲热闭联。

　　汽车车身各部位的模态数均正在40~90Hz，避开了动力总成的频率段20~28Hz，有用省略了部件的振动，下降了车身组织噪声。同时，CFRP中树脂高分子链的粘弹性与纤维-树脂界面间的彼此效率也表示出了光鲜的阻尼效应，使质料更有用地汲取振动能量，振动敏捷衰减。比照类似尺寸、类似式样的铝合科技导报中金梁和碳纤维复合质料梁的振动测试结果，前者需求9s逗留振动，尔后者只需2.5s。

　　优异的阻尼特点使各样噪声被更好的屏绝正在表，竣工了对噪声的有用障蔽。当然，CFRP部件表示出的阻尼特点有着尽头纷乱的机理，车辆减振降噪也是一个浩荡的编造工程，需求质料挑选、组织计划、车体密封等多方面的彼此配合。

　　铝合金轮廓正在利用时可能酿成一层致密的氧化物薄膜，使其比拟于高强钢和镁合金拥有更强的耐侵蚀性。因而很多情景下，映现正在大气中的铝合金不需求举行轮廓执掌就能够利用，而高强钢和镁合金需求举行喷漆、电镀等轮廓防护。然则铝合金的耐电化学侵蚀才华较差，耐酸性不如钢。能够说，古代的轻量化合金质料的耐侵蚀性各有是非，都不是万能型质料。

　　而CFRP拥有优异的耐海水、耐盐雾、耐呆板摩擦等耐候本能，及耐酸碱、耐有机溶剂、耐工业废气等耐化学介质性本能，可能胜任酸雨、盐雾等阴毒天气及大气污染前提下的服役情况。CFRP较古代的轻量化金属质料拥有更为优异的耐侵蚀本能，这也是挑选碳纤维复合质料创设车身掩盖件的主要探讨。

　　除此以表，也要探讨碳纤维复合质料中的高聚物能够正在紫表线的效率下，汲取光量子，而激励氧对证料轮廓基体树脂的捣蛋效率，即产生光氧老化；正在可见光和红表线的效率下，高聚物也能够汲取能量而放热，鞭策氧化反响的举行，即产生热养老化。因而，有需要通过改革树脂基体耐候性、轮廓涂漆、粘贴扞卫膜等式样对CFRP举行扞卫。

　　古代汽车工业采用钢板、铝合金板材创设零部件时，冲压临盆线个，创设高效神速。而古代的CFRP成型工艺起原于多种类、幼批量、高本钱临盆的航空航天军工周围，其广博采用热压罐等幼范畴临盆技能，一个常例环氧类CFRP部件的完好固化周期平日大于4 h，践诺周期长、临盆恶果低，无法餍足车用CFRP对高恶果、低本钱、范畴化、主动化创设技能的紧迫需求。

　　因而，为竣工最幼碳纤维用量下最大水平阐述CFRP效能的目标，国际主流车企连接车身部件计划生动、厚薄不均、纷乱水平差异的全体特征，正在原有常收复合质料成型工艺底子上要点开荒了繁多区别化的新型神速成型工艺。

　　目前，汽车工业周围最具操纵潜力的CFRP成型工艺网罗神速RTM 成型工艺、预浸料神速模压成型工艺、片状模塑料和长纤维加强热塑性树脂复合质料等。

　　RTM成型工艺是最要紧的液体模塑成型技能，它成型周期短、成品纤维含量高、轮廓光洁度好、尺寸精度高。因为无需利用预浸料和热压罐，RTM工艺本钱相对较低，正在航空工业周围，被通常操纵于临盆大型组织件。但古代RTM工艺从纤维铺放、树脂注入、浸渍、固化，到最终脱模，总时长正在2h以上，难以餍足当代汽车工业对神速创设技能的需求。因而，神速RTM技能不单是目前大型纷乱组织CFRP部件一体化成型的首选，也是他日车用CFRP成型工艺的进展目标。高压RTM是通过增大打针压力晋升打针速率的有用步骤。

　　采用该工艺打针压力可能抵达几千兆帕，包管了较高的合模速率和压造速率，大大缩短部件成型韶华，降低了工艺效力。同时，增大压力可能促使树脂神速充满模腔，降低纤维树脂浸润度，省略树脂打针次数，鞭策气氛排出，下降造品孔隙率，从而竣工卓异的轮廓本能。好像时挑选注入低黏度树脂系统或低黏度反响性混杂物料系统，打针速率可能进一步降低；通过高压计量技能对反响物料举行无误计量，也可能缩短打针韶华。

　　别的，因为CFRP成品组织和本能可计划性强，当HP-RTM操纵于大型纷乱组织部件的创设时上风加倍光鲜，不单能够正在5min以内竣工部件的一体化成型，并且可能大幅省略零部件和紧固件数目，简化维系和安装，极大省略了临盆经过的能源消磨，下降了临盆本钱。

　　汽车车身的CFRP 部件大方采用HP-RTM技能临盆，工场为每台3000 t液压机装备2台HP-RTM打针单位，当主动化临盆线将碳纤维预造件确实放入钢模并闭模后，HP-RTM单位能够借帮高压向模具中注入树脂，并正在5 min内完结环氧树脂的固化[9]。HP-RTM技能的利用使CFRP零部件数目比古代的金属零部件数目省略了2/3，仅约为150个。

　　模压成型是将冲压后的CFRP半造品预先放入模具，然后加热加压使其成型固化的成型式样。个中，热压前的成型坯料是能否竣工神速创设的要害。

　　近年来，预浸料因拥有无误的纤维、树脂配比而被越来越通常的操纵。而PCM成型工艺行动一种理念的CFRP罐表热压工艺，不单可能大幅缩短成型周期、降低临盆恶果，拥有成品尺寸精度高、轮廓光洁度好、临盆本钱相对较低、容易竣工纷乱组织件的一次成型等特征，同时，因为成品内纤维取向性好，因而成品的强度、刚度相对较高，已成为车用CFRP的主要成型工艺。

　　神速固化PCM 成型工艺，采用60kP330和50kWCF这2种大丝束碳纤维的预浸料，生机取得与幼丝束CFRP好像的优异加工性、优异力学本能及高产能。PCM工艺操纵到了汽车后备箱门的创设上，重量仅为铝合金产物的1/2，而成型周期缩短到约10min，可用于CFRP汽车部件的量产。

　　热塑性CFRP预浸料神速热压成型工艺，竣工了一语气纤维纱/织物薄膜叠层熔融预浸工艺的一语气化功课，用于奇瑞汽车某车型保障杠的量产，成型恶果抵达每幼时8件，产物格地餍足安定碰撞准则。

　　RTM成型工艺对模具创设精度条件高、模具修造周期长且价值较高，而预浸料的质料加工、运输本钱较高，模具的本钱也不低，因而这2种成型工艺前期加入较大。因而，其他的复合质料成型工艺，如片状模塑料模压成型工艺、长碳纤维加强热塑性质料注塑成型工艺也取得了较为通常的操纵。

　　SMC由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两面掩盖聚乙烯薄膜而造成的片状模压料，属于预浸毡料畛域。SMC成型恶果高、产物的轮廓光洁度好、表形尺寸安祥性好，且成型周期短、本钱低，适合巨额量临盆，适合临盆截面蜕变不太大的薄壁成品，正在GFRP汽车部件临盆周围已取得通常操纵。

　　目前，正在车用CFRP成型工艺方面，SMC要紧用于片状短切纤维复合质料的临盆，因为纤维的非一语气性，成品强度不高，且强度拥有面内各向同性特征。而碳纤维正在树脂糊中的润湿性是SMC工艺面对的主要课题，通过对碳纤维举行需要的轮廓执掌，并采用适合的润湿星散剂可能有用降低碳纤维正在树脂糊中的润湿性幽静均性。碳纤维SMC也正在汽车工业周围取得了不少操纵。CFRP要紧用于车门和风挡组织的创设。

　　车的风挡强度较原有车型有较大晋升。新型车门正在重量降落的条件下强度有所晋升，车门下垂量取得了很好的支配。

　　良多创设商也展开了SMC方面的大方商酌，并将CFRP操纵于尾门、新能源车电池箱盖、煽动机罩、后顶盖、前机舱盖等汽车表掩盖件上。

　　除了热固性树脂和碳纤维织物、一语气纤维以表，热塑性树脂和非一语气碳纤维正在汽车周围也有不少操纵。LFT成型工艺拥有优异的成型加工性成型率高、造品率高，且开发相对纯洁、工艺本钱较低，成品内部因为纤维长度较长而酿成骨架组织，使得成品拥有较好的抗袭击性和刚度，因而LFT成品可用于受力较大的车体部件。LFT依然正在汽车车身上取得了通常操纵，也是拥有很大操纵潜力的成型工艺。碳纤维加强尼龙6的LFT复合质料与铝合金、高强钢比拟，比模量相当、比强度突出50%~250%，正在汽车次承力组织件的创设方面拥有相当的竞赛。

　　目前，CFRP依然被用于汽车煽动机编造的连杆、摇臂油箱底壳，传动编造的传动轴、减速器，造动编造的刹车片，底盘编造的横纵梁、支架、轮毂、板簧，车身编造的四门两盖、散热器罩、保障杠、底板、门窗框架等部件。操纵车型也依然从早期的F1赛车、超等跑车、高端车、观念车等定造车型，进展到准则化量产车型。

　　如前所述，RTM与PCM 2种成型工艺的初期加入较大，而SMC和LFT是目前GFRP汽车部件常用的成型工艺，因而从硬件前提和现有底子方面讲，后两者彷佛加倍方便。但几种成型工艺的合用部件存正在较大差异，RTM和PCM成品因为拥有较好的纤维取向，强硬度等力学本能更好，更适合创设钢造车身上的大型钣金组织和框架组织件，如车身框架、表掩盖件等；而SMC和LFT造件因为利用非一语气纤维，正在力学本能上表示稍弱，更适合临盆纷乱组织的幼型异形件，但部件厚度能够较大。

　　因而，正在挑选成型工艺时，应该按照全体服役情景对各个部件本能条件的差异，连接部件本身的全体表形组织特征，加之本钱、已有硬件底子等方面成分归纳探讨，区别化地采用多种成型工艺举行临盆显得加倍可行。

　　一种超等跑车的CFRP部件就要紧采用了3种成型工艺创设：车身主体框架、侧栏及前部舱壁等拥有中空组织的骨架采用多轴向织物预浸料模压成型，取得较高的强度、刚度及尺寸精度；前部碰撞吸能盒、驾驶室底板、引擎盖和A柱-平板状支架等采用RTM工艺成型，并采用真空辅帮RTM工艺临盆车顶部件，竣工大型、多个纷乱组织的一体化成型；后部如速率支配尾翼等对强度条件不高的部件采用短切碳纤维加强SMC模压工艺成型，可能取得更好的轮廓光洁度。

　　当然，采用区别化成型工艺取得区别化的部件本能并不是厂商的最终目标，而是要将收效落实到车体轻量化和低本钱上。按照报道，加倍成熟的神速CFRP成型工艺、碳纤维主动铺放、主动展丝技能、织物定型技能、主动化一语气成型技能，以及夹芯组织的范畴化操纵，将进一步餍足纷乱汽车部件的本能条件，使汽车部件的品格和临盆本钱取得改革。

　　跟着少少车型的接踵量产，CFRP行动优秀轻量化质料越来越受到人们的通常闭怀。国际主流车企开荒并进展了合用于高本能碳纤维的HP-RTM、PCM、SMC、LFT等繁多区别化的新型神速成型工艺，并赢得了优异的成果。当然，CFRP正在汽车周围的操纵，不单仅是质料加工成型的纯洁经过，而是涉及轻量化质料挑选、组织优化涉及、神速成型工艺、部件维系技能、碰撞安定性测试，乃至碳纤维接纳再操纵技能的“一条龙”编造工程，因而，CFRP轻量化操纵的竣工需求各闭头相干技能齐头并进，配合进展。

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