走进科学 汽车碳纤维到底是个啥子嘛?

提到碳纤维，你会联想到什么？如果你对军事武器感兴趣，你也许会想到火箭以及导弹上的整流罩、仪器舱和发射筒；或者你是一个航空迷，会想到50%以上机身材料都采用碳纤维的波音787和777X；又可能你是个体育爱好者，会说现在很多滑雪板、网球拍和自行车都应用了碳纤维材料；又或者你是个时尚达人，会一一列举诸如鞋帽钱包等拥有碳纤维高冷优雅气质的单品。而今天，我就带大家好好了解一下应用于汽车领域的碳纤维，看看这种使用范围日趋广泛的材料是如何诞生的，以及它的优缺点。

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碳纤维到底是啥玩意？

顾名思义，碳纤维是由碳元素组成的纤维（原谅我说了句废话），含碳量高于90%，一根碳纤维单丝的直径只有头发的1/50，来感受下头发的微观图（上面粘着的是头皮屑...），碳纤维单丝有多细可想而知。

而我们平时所说的宏观的碳纤维是一束含碳的有机纤维单丝经过碳化组成的碳纤维束，再应用到汽车领域的“碳纤维”，实际上则是由碳纤维束编制交错组成的“碳纤维布”，具体编织方法可以参考十字绣（大家小时应该都上过劳技课）。

碳纤维零件/车身是怎么造出来的？

我们以用碳纤维构成车身主体的现款宝马i3为例。以往要将碳纤维原材料加工为部件，首先要将碳纤维泡在环氧树脂中，形成基本的片材，然后在高压容器中经过高温高压使片材通过模具成型，这样的过程耗时长，耗能大，对模具的损耗也不小，使得生产成本居高不下。而宝马采取的则是树脂传递模塑工艺，首先会将上面提到的碳纤维织物进行初步的预成型，然后将碳纤维放入到模具当中，在高压状态下将环氧树脂注入模具当中，通过精准的温度、压力和时间控制，使碳纤维和环氧树脂结合，并进行固化，最终形成具备优秀刚性的碳纤维板材。

在大块的车身部件生产出来之后，厂方将对他们进行精加工，比如将部件的轮廓边缘进行打磨处理、在部件上开口、处理形成部件之间的粘结面等。

在完成了零部件的制造后，就是如何将这些部件装到一起组成一辆车了。不同于常规材料的焊接车辆，碳纤维部件的结合是用一种先进的粘结剂“粘”到一起的，这种粘结剂在涂敷到车身部件之后仅仅经过90秒就可以接受加工，然后才产生粘性，在经过一个半小时之后就已经固化，使车身组件具有完全的刚性。

经过这些工序，一个碳纤维车身基本就大功告成了。

碳纤维的应用范围

目前，碳纤维复合材料在汽车车体和零部件中都得到了广泛应用，如汽车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等等。

1.碳纤维在汽车车身中的应用：

碳纤维复合材料有足够的强度和刚度，是制造汽车车身的最轻材料。目前赛车和部分改装车大多选用碳纤维复合材料车身，在降低重量的同时，因复合材料碰撞时减少了碎片的产生，从而提高了安全性。

斯巴鲁WRX STI车顶采用碳纤维材质

2.碳纤维在轮毂上的应用：

碳纤维材料具有优异的力学性能、耐热性和耐久性，可替代金属作为轮毂材料。同时，碳纤维材料的使用使得轮毂质量得到降低，使车辆拥有更快的启动、停止以及转向速度。

3.碳纤维在刹车系统上的应用：

一般的汽车制动器衬片主要使用石棉材料，制动时易摩擦产生高温，出现热衰减，碳纤维材料强度高、耐磨性、耐热性好，应用在汽车刹车片上，性能更加出色。

4.碳纤维在汽车内饰的应用：

碳纤维材料具有较好的强度，不易老化，作为汽车内饰材料使用，既提高了使用寿命，又美观动感，一些运动车型的内饰设计中经常能看到碳纤维额影子，不仅如此，很多国产车也在渐渐加强对碳纤维的应用，以此作为新车的一个卖点。

宝马M4

吉利帝豪GS

5.碳纤维在传动轴中的应用：

汽车传动轴的受力情况比较复杂，同时要承受很大的扭矩，对材料性能要求较高。碳纤维复合材料具有强度高、质量轻和耐久性好的特点。

丰田86采用了碳纤维传动轴

6.碳纤维在进气系统中的应用：

碳纤维作为汽车进气系统材料，一方面可达到轻量化的效果，另一方面，碳纤维表面较为光滑，可有效提高进气效率。

碳纤维进气歧管

碳纤维有哪些优缺点

了解了碳纤维的生产和应用，我们来看看这种材料究竟有着什么样的优点，吸引着各大厂家趋之若鹜，也聊聊它还有哪些不足。

优点1：轻量化

碳纤维材料有着极轻的重量，它的密度低于铝合金，而一些高强度碳纤维复合材料的密度甚至低于镁合金，也正是如此，在激烈的赛车运动中，碳纤维的轻量化优点被无限放大，得到广泛的应用。而在一些家用电动车上，更轻的车身带来的是更低的能耗和更长的续航里程，往更深层次说，能耗的减少带来的是更低的碳排放，可谓“车辆高碳化、排放低碳化”，家用车中碳纤维的应用也为环保事业做出了一份贡献（怎么听着像打广告...）。

优点2：耐久性好

碳纤维材料主要由碳纤维丝束和树脂材料组成，碳元素化学性质稳定，不用进行表面防腐等处理，耐久性和寿命一般为钢材的2-3倍。而采用碳纤维材料生产的零部件的抗疲劳强度也远高于钢材。

优点3：安全性高

碳纤维材料的抗拉强度一般是普通钢材的5倍，由碳纤维材料制作的驾驶舱在碰撞中变形较小，同时，经过特殊编织的碰撞吸能结构在高速碰撞中能碎裂为较小的碎片，吸收大量撞击能量，有效提高车辆的被动安全。

说到安全性，就不得不提一下赛车史上最令人惋惜的车神塞纳，当时的碳纤维车身技术还没现在这么完善，在一次比赛事故中，坚硬的碳纤维组件刺破了塞纳的头盔导致他当场离世。此后，为了赛车手的人身安全考虑，F1的碳纤维车身进行了改良，经过精密计算和加工的单体壳车体，能够满足F1方程式赛车在极端碰撞下不变形的技术要求，喜欢F1的车迷肯定会记得2007年加拿大站库比卡的赛车以超过300km/h的速度撞到防护墙，赛车被弹到空中翻滚在赛道的另一头，赛车基本粉碎，可是座舱保持完好，车内的库比卡事后检查只是扭伤了脚踝，竟然没耽误下一场比赛。

优点4：美观

表面只喷涂一层清漆，可以清晰的看见内部的碳纤维束交叉排列，这样的做法可以让你的车看起来更加个性张扬。同时，现在的很多改装车爱好者都会将碳纤维应用到车尾扰流板，后视镜，车顶，仪表板和方向盘等显而易见的地方，营造出更加运动，富有冲击力的视觉效果，可谓出门在外的装逼利器。

缺点1：成本高

近日，作为汽车碳纤维应用风向标的宝马集团宣布，新一代宝马i3将碳纤维车架改回铝合金材质。对于一款以日常通勤为主的电动车来说，宝马i3销量不景气的最大原因就是因为价格方面的劣势。究其原因，主要就在于生产成本。不仅碳纤维原材料成本较高，与碳纤维配套的树脂材料价格也较高，生产成本较高，这样的“三高”局面让宝马不得不太高i3的售价。因此，尽管碳纤维比铝材质更硬更轻，但是为了与对手在轻质电动车上竞争并保持利润，宝马只有减少碳纤维材料的使用，改为成本相对较低的铝、钢等轻质材料，从而促进利润的提升。

缺点2：碰撞损坏后无法维修

碳纤维材料虽然强度高，但表面硬度不佳，说白了就是“脆”，当碳纤维材质车身发生碰撞时，碰撞部位会发生断裂，传统的钣金修复工作没法适用于碳纤维车身，只能通过更换损坏零部件保证车辆继续使用，而且它很难回收再利用，因为即使你收集了碰撞后的碎片进行高温分解再加工，这样生产出来的“二手碳纤维”只有此前一半的硬度，这样的缺点让碳纤维成了“一次性碰撞材料”，进而又提升了它的成本。

总结：

好了，看了这篇文章，大家应该对车上的碳纤维有一个简单的了解了。总的来说，碳纤维在汽车领域的应用和普及的确是个技术上的进步，它不仅有着轻量化、耐用、安全性高的优点，还是车主表达自己个性的一种方式。不过制造及使用成本高，受损后无法修复的问题也确实存在，并且按目前的情况来看，可能一段时间内都没法解决，对于普通老百姓来说，碳纤维暂时只是个车上的“调料”罢了。