摘要：碳纤维是主要由碳元素组成的一种含碳量在90%以上的新型纤维材料。分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异。它不仅具有碳材料的固有特性，同时又具备纺织纤维的柔软可加工性，是新型高性能纤维的一种。碳纤维复合材料被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，碳纤维复合材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，尤其是在未来国际汽车工业的材料中占有重要地位，为世人所瞩目。
　　关键词：碳纤维复合材料  汽车材料  性能与应用
　　当今世界，随着人们的消费水平的提高和观念的改变，对汽车材料的要求越来越高，汽车工业要提高汽车材料的性能，对汽车材料的优化、选择非常重要。 汽车成为人们生产和生活不可缺少的交通工具，人类社会的发展伴随着各种材料的不断开发和利用。目前，世界上已存在的自然材料和人工材料有近百万种，碳纤维复合材料在材料科学的发展中有着极其重要的地位。在现汽车制造业中，材料、能源、信息被称为汽车现代技术的三大支柱，而汽车能源和信息的发展，在某种程度上又依赖于汽车材料的进步。因此，材料科学的发展在现代汽车工业中占举足轻重的地位。

一、碳纤维复合材料的涵义
　　碳纤维复合材料是以碳纤维为增强相，与树脂、陶瓷或金属基体结合起来，形成具有优良性质的一种复合材料。是由基体和增强体组合而成的材料，各种材料在性能上产生协同效应，综合性能优于原组成材料，能满足使用中的各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金，非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨和碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
　　二、碳纤维复合材料的优越性能
　　碳纤维复合材料的密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2;强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%;具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂;导电性好，25℃时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm;耐高温和低温性好，在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化;耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
　　三、碳纤维复合材料在汽车领域中的应用
　　目前，碳纤维复合材料被广泛应用于汽车工业领域。在汽车电子通信、汽车运行材料石油开采等领域都有广泛的应用。主要被用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧等领域也有出色的表现。汽车工业为了应对国际上对于汽车二氧化碳的排放政策，必须提高燃油效率、降低汽车自身质量，同时保证在安全与乘用舒适等方面研发革新技术。
　　轻量化材料在新能源汽车和现有燃油汽车领域的应用都可降低油耗和减少排放，是国外汽车材料发展的重点。
　　如日本丰田（TOYOTA）力争在2011年实现中小轿车轻量化10%，三菱2010年在概念车上实现30%轻量化，尼桑轿车将在2015年实现轻量化15%。
　　美国福特公司早已应用于制造汽车传动轴、发动机罩、上下悬架臂等零部件。据报道，梅赛德斯一奔驰推出的SI.R迈凯伦超级跑车使用了高性能碳纤维复合材料，时速可达334km/h，0～100km的加速时间仅为3.8s，这款车能够具有如此超高的时速，除了采用强悍的动力系统和借鉴F1赛车设计理念外，其车身几乎全部采用碳纤维复合材料制成，在碰撞中对能量的吸收能力比钢材或铝材高出4～5倍。
　　宝马公司开发和试验高强、轻量碳纤维复合材料车体板和其他部件时，采用碳纤维是Zolfo公司生产的大丝束产品。如BMW3系列Touring和X5的后扰流板，BMWZA硬顶、后保险杆支架等。
　　Audi 80/90 Quattro在1989年首次使用碳纤维传动轴，并且使用车型一直延续到了2013年的Audi A8，此种型号的传动轴年产已达40000套。
　　四、国内碳纤维复合材料的发展
　　我国在碳纤维生产技术上取得了突破性的进展。在碳纤维的生产过程中起决定作用的是原丝的生产，原丝的生产技术决定了碳纤维的发展。国内就原丝的生产取得了一定的成果。
　　中国石化上海石油化工股份有限公司PAN基原丝的制造方法主要包括：聚丙烯腈树脂置于去离子水中浸泡1-2.5hr;然后用PH值为0.1-3.0酸溶液洗涤树脂，酸洗温度温度为25-60℃，酸洗时间为0.5-1.5hr;树脂脱水干燥;溶于溶剂中的树脂制成纺丝原液;纺丝原液脱除气泡后吐丝，经凝固浴凝固成形为初生纤维;初生纤维经后处理后制成聚丙烯腈碳纤维原丝。该工艺以两步法制造聚丙烯腈碳纤维原丝，能够有效的除去体系中的碱金属杂质，故产品纯度较高。
　　国内其他生产原丝的方法包括：聚丙烯腈基活性碳纤维及其生产方法，山东大学的“水相悬浮两步法制备碳纤维用聚丙烯腈原丝新方法”，中国科学院应用化学研究所的用于生产聚丙烯腈基碳纤维原丝等。
　　 五、碳纤维复合材料生产中存在的问题
　　现在，制约碳纤维复合材料在汽车工业使用的最大障碍是碳纤维的成本，如果碳纤维原材料的价格下降到15～20美元/kg的水平，采用碳纤维复合材料可使大众型轿车从1340kg轻量化为970kg，从轿车等级来讲，全球销量和世界碳纤维的消耗量的计算可得出，碳纤维复合材料在汽车上的应用将带动碳纤维产业的飞速发展。
　　目前，我国复合材料产业有了很大的进步，已成为碳纤维复合材料应用大国。坚持自主创新是发展我国碳纤维的出路之一。碳纤维是二十一世纪的新兴功能性纤维，其独特的纤维特性和先进的生产方法决定了碳纤维产品在汽车等各个领域有着广阔的应用前景。应不断开发新产品，并推向市场，提高我国碳纤维产品的生产。
　　参考文献
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　　[2] 赵稼详. 世界碳纤维现状与进展. 北京： 航天材料及工艺研究所. 2012
　　[3] 刘阳，谷亚新，孙小魏. 碳纤维复合材料应用进展. 新材料与应用. 2011