效益是根本 碳纤维材料是未来汽车首选吗

　　这是一个市场经济的年代，无论讨论任何产业问题，归根结底就是在算一笔经济账。因此选题的核心就是碳纤维材料的使用是否能让未来汽车具备更合理的成本、利润竞争力。为了研究这个问题，我们来逐步展开分析。

　　首先，我们应该知道碳纤维复合材料究竟是什么？碳纤维复合材料(CFRP)是由作为增强材料的碳纤维和作为基体材料的树脂组成(可以看成为1+1)。而一般复合材料的性能是优于其组分材料性能的，并且产生了一些原有组分材料所没有的性能(可以理解为1+1>2)。既然碳纤维复合材料有可能作为未来汽车的备选材料之一，那么它究竟能给汽车带来哪些令人惊喜的好处呢？为了让大家更好地理解，我们先来聊聊一个工业史上的大家伙——Boing787梦想飞机，通过纵向类比，引出两个核心意义。

　　●两个核心意义

　　如今在北京飞往广州的航线上，我们已经可以选择Boing787机型了，体验过的朋友向我描述了Boing787梦幻的外形、宽敞客舱、加大舷窗、加大行李箱、梦幻LED显示屏…但这些都不是航空公司争先采购Boing787的理由，做生意，真正关心的就是效益和利润！因此Boing787对于航空运营商来说最大价值在于比同类飞机的飞行过程节能20%的燃油，总废弃排放量减少20%(碳排放超额可是要收税的！)，比同类飞机降低噪音60%以上！而这一系列的优良的运营指标都可以大致地归纳为两方面的贡献，一是飞机整体重量减轻，二是飞机的主翼可以采取前所未有的设计来降低阻力。而这两点革命性的突破恰恰就在于Boing787飞机的碳纤维复合材料使用量占到了全机体积的80%！没错，你可以说这是一架塑料飞机。从Boing787的启示中我们可以看到，碳纤维复合材料对于工程产品的关键意义就在于轻质高强和优良的可设计性！

　　首先，汽车工业上常用的碳纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5-2.0g/立方厘米，这只有普通碳钢的1/4-1/5，比常用的铝合金还要轻1/3左右，但碳纤维复合材料的机械性能优于金属材料，其抗拉强度高于钢材3-4倍，刚度高于钢材2-3倍。使用碳纤维材料，在减轻车身质量的同时，也可使得功率需求更小，进而采用更小驱动引擎和悬挂装置，通过减少动能而减少冲击危险，这种螺旋迭代式的结果将使得车身质量进一步减轻。因此，用碳纤维复合材料替换原来的钢制件，其轻量化效果明显。

　　(前面说到，Boing787的机翼，因为使用了碳纤维复合材料，所以能够设计出阻力非常小的机翼，要知道，使用传统的材料和工艺，是几乎不可能制造出形如Boing787类似机翼的。因此可以看出，碳纤维复合材料可以根据不同的用途要求，灵活地进行产品设计，根据产品结构受力情况，通过调整纤维的种类、含量，铺层方向和顺序，在一定范围内满足结构设计中对材料强度、弹性和方向性的要求。例如，受有内压的薄壁圆管，已知纵向截面上的应力为横向截面上应力的两倍，因此，可以使用2：1的经纬交织纤维，使环向强度为轴向强度的两倍，从而获得具有相同强度储备的结构，且大大降低了结构重量。在传统的金属材料中，由于各项同性，往往满足了最大受力方向的技术要求后另一方向的强度就会过剩，这无疑又增加了结构的重量。)

　　汽车，尤其是跑车在设计时往往需要考虑空气阻力最小的外形，同时兼顾美观性。在传统的钢制薄板冲压成型时由于工艺的原因导致外形和结构有一定局限性，而采用复合材料成型则是可以不受约束地制作出各种满足空气动力学原理及美观需求的外形曲面。

　　当然，除了有利于减轻车身重量并具备优良的可设计性外，碳纤维复合材料还有一些独有的优点，例如良好的耐冲击性和耐腐蚀性。这样的性能使得汽车零部件具有较长的使用寿命和极低的维修费用。　　

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关键词：材料,汽车,碳纤维,纤维,复合