碳纤维复合材料在汽车改装领域的应用

童喆益 施静 赵鑫

摘  要：随着国家政策的逐步放开，汽车后市场改装的可行性进一步提升。碳纤维复合材料所具有的轻量化特征，及其体现出的强烈科技感，使得碳纤维车用改装件成为汽车改装领域的一个重要分支。汽车改装领域将成为继轨道交通领域之后，又一个碳纤维产品得以施展拳脚的重要市场。

关键词：碳纤维;复合材料;轻量化;汽车改装

中图分类号：U469.72       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）18-0195-02

Abstract： With the gradual liberalization of national policy， the feasibility of retrofitting the automobile market has been further improved. The lightweight characteristics of carbon fiber composites and their strong sense of science and technology make carbon fiber vehicle modified parts become an important branch in the field of automobile modification. The field of automobile modification will become another important market for carbon fiber products after the field of rail transit.

Keywords： carbon fiber; composite materials; lightweight; automobile modification

1 汽车改装在世界

相比于发展中国家，在发达国家，汽车改装文化更为盛行，一方面是由经济基础决定的，另一方面在于领先的汽车制造技术和深厚的汽车文化底蕴。在欧美日等传统汽车强国，许多汽车公司有其专属配套的改装机构，比较著名的包括奔驰的AMG，宝马的M PERFORMANCE，奥迪的ABT，以及为日系车配套的TRD、NISMO等。

从地域板块来看，主要分为三个板块：首先是欧洲板块，这部分的汽车改装，更多地延伸了原厂品牌文化的特色，歐洲很多汽车公司都有自己认证的改装厂，使得这类改装依旧保留浓重的品牌色彩;其次是北美板块，车辆的改装是完全的个性化定制，甚至可以彻底脱离原车框架，对性能和外观造型进行全面改装;第三即亚洲板块，虽然拥有最先进的软硬件技术，改装后的汽车也具有相当高的实用性，但尚没有得到法律支撑，依然以地下工厂的形式运作着。

2 汽车改装在中国

2.1 起步晚，增速快

我国最初的汽车改装是上世纪70年代从香港引进的。目前主要集中在广东地区以及北京、四川等地，并逐渐向长三角及环渤海湾地区发展。

国内改装车市场近年来发生爆发式增长，据统计，2013年国内改装车需求市场消费规模为760亿元人民币，2016年则已突破1500亿元。

2.2 国家政策正逐步放开

我国对于改装车的管理是较为严格的。根据《机动车登记规定》相关条款，对于可能造成与车辆出厂技术参数不符的改装，都有可能无法通过年检甚至被查扣。

随着2014年10月新版《机动车登记规定》的发布以及2016年7月《中国汽车改装标准目录》的公布，机动车可以采用先执行后登记的模式进行注册登记，为汽车改装行业带来了极大的便利。

2.3 个人是市场主要主体对象

汽车改装分为两大类：一是指专门生产改装汽车的厂家，用国家鉴定合格的发动机、底盘或总成，重新设计改装与原车型不同的汽车;第二类则是已经领有牌照的汽车，为了某种使用目的，在原车总成的基础上，做一些技术改造。[1]

前者在国内无法铺开，其根本原因在于相对落后的汽车研发技术和生产加工技术。目前，国内整车厂将有限的资金都投入到车辆底盘、发动机、变速箱方面的研发，短时间内无法开发出具有市场效应的系统产品以及衍生产品;再加上4S店无法成为消费者和制造厂商沟通的桥梁，导致整车厂无法有效了解到客户群体的要求。所以，以个人为消费主体，以后期改装为切入口的第二类改装，在当前甚至今后很长一段时间内，将是国内车辆改装市场的主要模式。

3 碳纤维化改装的优势和劣势

3.1 优势

碳纤维是一种含碳量高于90%的无机高分子纤维，是高端纤维增强材料之一。碳纤维复合材料相比传统金属材料具有密度低、比模量高、比强度高、耐疲劳性好、耐化学腐蚀、热膨胀系数小、导热性好等优点。

碳纤维复合材料应用在车辆上可以有效降低整车重量，一来可以提升车辆的加速性能，二来可以达到节能环保的效应。数据显示，若将车体重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%;汽车整备质量每减少100千克，百公里油耗可降低0.3～0.6升。随着《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》的发布，通过减重的方式提升燃油经济性成为众多汽车厂商优先选择的方式。

除了上述优点外，碳纤维复合材料还具有出色的耐热性及出色的抗热冲击性，这使得它成为了发动机罩的理想材料;另外它的热膨胀系数很低，使得车辆在高热情况下运转也不会带来变形;优秀的抗腐蚀与辐射性能也是普通钢材料不可比拟的。

3.2 劣势

碳纤维改装的主要劣势体现在两方面，一是成本较高，二是碳纤维行业与汽车行业规则上的不同和对接。

3.2.1 碳纤维产品使用成本高

碳纤维产品成本高是显而易见的，原材料初始成本以及制造工艺和生产模式导致了碳纤维产品价格居高不下。

目前常见的碳纤维构件，大多是力学支撑件、外观件或者空气动力学套件，这些构件在日常车辆运行的过程中，易出现碎石冲击、剐蹭、甚至车辆撞击;同时，碳纤维构件不同于钣金件，其维修的可能性很低，在产品损坏以后，更换零件的可能性更高。所以，购买碳纤维产品的终端客户除了要负担较高的首次费用以外，还需要在后期维护、保养、更换等方面发生费用。

3.2.2 碳纤维行业与汽车行业规则上的不同

碳纤维产品依然停留于小批量、高附加值的生产模式，而这种生产模式显然是无法满足批产化生产的普通家庭用车的。所以，目前的碳纤维产品更多的出现在生产数量相对较少的高端汽车或是跑车上面，或是以个性化改装的方式来满足一部分客户群体的需要。

4 碳纤维材料改装应用

4.1 车身外构件

车身外构件是目前碳纤维材料最多运用的地方，诸如引擎盖、车顶、车门、扰流板等构件经常可以看到碳纤维复合材料的身影。碳纤维复合材料拥有更高强度和模量，使其在同等结构强度条件下，重量仅为普通钢材的40%左右，应用后能够大幅降低车体重量，有效提高车辆动力学性能，在竞速车輛中体现的尤为明显。

4.2 刹车片

碳纤维复合材料能够承受1000℃以上高温，同时有别于传统金属材料，碳纤维复合材料不存在热损耗的问题，使其拥有非常出色的稳定性。该类产品已经大量营运于F1和GT系列竞赛汽车上。

4.3 轮毂

英国Kahm公司使用CFRP制得的RX-X 型高级汽车专用轮毂，质量仅为6kg，可高速行驶，并可最大限度地降低车轮的径向惯性力;瑞典Koenigsegg公司2013款Agera R型跑车搭载的世界上第一个中空、一片式碳纤维轮毂，在降低约20kg的簧下质量的同时，依然保证良好的安全和抗冲击性能。

4.4 传动轴应用

碳纤维增强复合材料所具备的各向异性、比强度高和比模量相对较低的特点，在传动轴产品上得以充分发挥。与普通钢材相比，质量可以减轻一半以上;在同等重量和直径的条件下，扭矩力可以达到钢材的170%以上;另外，碳纤维传动轴在有效降低传动轴重量的情况下，将拥有更好的耐疲劳性和耐久性。

BMW是碳纤维车辆零部件的坚定支持者和引领者，不同于科尼塞克等高端跑车，BMW已经降低了碳纤维零部件的准入门槛。新一代7系轿车，M4跑车以及i3，i8跑车就大量使用了碳纤维技术。新7系的“Carbon Core高强度碳纤维内核车身”在车顶横梁结构以及B柱和C柱、底部侧围、中央通道和后部支撑起到控制体重关键的作用，使得全新730Li领先型车重只有1830kg;i3跑车则采用了纯碳纤维座舱设计，该座舱是宝马与德国SGL碳纤维公司合资建立全新工厂，以高度自动化方式生产的;宝马致力于将碳纤维在车身上比例再进一步提高，比如全碳纤维方向盘以及像是新款M3/M4所使用的碳纤维传动轴;进一步，宝马已经完成了碳纤维轮圈的制造布局，预计在若干年内这些碳纤维轮圈就会出现在市场上。宝马制成的碳纤维轮圈将比锻造铝圈轻35%，这将使车身重量大幅减少……

5 结束语

碳纤维零件已经成为汽车轻量化研究的一个主要方向，未来几年内，车用金属零件将更多地被碳纤维复合材料零件所替代，碳纤维零部件也将更多地出现在汽车改装领域。但我们也必须深刻认识到碳纤维产品小批量、高附加值生产模式所带来的高成本，这将会是阻碍碳纤维复合材料零件快速市场化的一个重要因素。优化制造模式，提升制造效率，降低碳纤维零件生产成本，将成为碳纤维制造领域的一个重要课题。

参考文献：

[1]高巍.从“遮遮掩掩”到“堂堂正正”政策放宽后的汽车改装市场前景看好[J].当代汽车，2008（10）：10-11.