一文看懂碳纤维在汽车轻量化领域应用

自2017年1月1日起，全国实施更严格的国V排放标准，对汽车排放提出了更高的要求。从2020年1月1日起，欧盟范围内95%新车的平均二氧化碳排放量必须从目前的130克/公里降至95克/公里以下。在当前形势下，汽车节能减排已成为行业发展趋势。目前，汽车轻量化的方法包括开发和使用轻量化材料、结构优化设计以及使用轻量化制造技术。使用高性能纤维增强复合材料部分取代传统金属材料是目前实现汽车轻量化的最有效方法。在国务院2015年发布的《中国制造2025》中，碳纤维及复合材料汽车零部件技术被确定为节能和新能源汽车领域的重要发展方向。2015年，全球碳纤维汽车市场对汽车轻量化碳纤维的需求量达到8700吨，预计到2020年将超过2万吨。未来五年的年均增长率高达21%，是增长最快、要求最高的地区之一。2011-2016年全球汽车行业对碳纤维的需求来源：Ceri关于碳纤维在汽车轻量化中的优势的研究。碳纤维及其复合材料在汽车轻量化领域的优势主要体现在以下几个方面：碳纤维复合材料在车辆领域的应用优势。来源：玻璃纤维情报网“从国内外专利大数据分析碳纤维及其复合材料在汽车中的应用和趋势”目前，碳纤维及其合成材料在汽车领域的应用主要集中在赛车和超级跑车等豪华汽车上，在民用汽车上的应用相对较少，制约碳纤维在汽车轻量化领域大规模应用和未来发展方向的主要因素是：碳纤维复合材料在汽车领域的应用难点和关键技术。碳纤维在汽车领域应用的具体案例研究。碳纤维复合材料已广泛应用于高端汽车、超级跑车、赛车、改装车、限量版车型和少量电动汽车。目前，碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用主要分布在车身、内外饰、底盘系统、动力系统等。碳纤维复合材料在汽车中的具体应用数据来源：赛瑞研究与全球主要汽车制造商和碳纤维制造商建立了多次合作关系，共同推动碳纤维复合材料在汽车轻量化领域的应用。汽车制造商与碳纤维企业合作来源：赛锐关于碳纤维复合材料在汽车车身中应用的研究。碳纤维复合材料的应用可以使汽车车身重量减轻40%-60%，相当于钢结构重量的1/3-1/6。目前，大多数赛车和一些改装车都使用碳纤维复合材料车身，这不仅减轻了重量，还减少了复合材料碰撞过程中碎片的产生，从而提高了安全性。碳纤维复合材料在车身中的应用示例来源：Ceri Research Image来源：宝马官网碳纤维复合材碳纤维在车轮中的应用碳纤维复合料的使用降低了轮毂的质量，有助于降低车轮惯性，使车辆具有更快的启停和转弯速度。碳纤维复合材料在汽车轮毂中的应用实例数据来源：赛瑞汽车制动器及传动系统碳纤维复合材应用研究碳纤维复合制动盘可以在50米范围内将车速从300公里/小时降低到50公里/小时。碳纤维制动盘能够承受2500℃的高温，性能稳定。碳纤维传动轴不仅减轻了60%的重量，而且具有更好的抗疲劳性和耐用性。碳纤维复合材料在汽车制动器和传动系统中的应用实例来源：Cery Research图片来源：东丽官方网站碳纤维复合材碳纤维在汽车中的应用……

terior，门窗碳纤维复合材料具有良好的减振效果，对冲击具有显著的缓冲作用，减少了冲击碎片的产生，提高了安全性。碳纤维内外部材料的使用不仅减轻了汽车的重量，还简化了零部件的制造工艺，降低了零部件的加工、组装和维护成本，降低了生产成本。碳纤维复合材料在汽车内饰、门窗中的应用实例来源：Cery Research Image来源：东丽官网碳纤维复合材碳纤维在汽车进气系统和发动机中的应用碳纤维复合料作为汽车进气系统材料，可以减轻重量，实现轻量化效果；另一方面，碳纤维材料易于加工成各种弯曲形状，表面相对光滑，可以有效提高进气效率。碳纤维优异的高温性能使其能够在发动机领域得到应用。碳纤维复合材料在汽车进气系统和发动机领域的应用实例来源：Cery Research图片来源：东丽官网汽车用碳纤维的专利分析轻质碳纤维复合材在汽车领域的应用越来越广泛，相应的专利申请也越来越多。汽车用碳纤维复合材料专利申请的地区分布来源：专利分析可视化从图表中可以看出，日本共有4176项专利，占比超过40%。欧洲和美国紧随其后，中国以1133项排名第四，但与日本、欧洲和美国仍有一定差距。全球专利申请技术构成分布图来源：专利分析可视化。从图中可以看出，汽车用碳纤维复合材料的专利申请主要集中在结构设计和汽车零部件上。汽车碳纤维复合材料领域在结构设计领域的专利分布来源：中国国家知识产权局全球汽车碳纤维合成材料专利分析报告汽车碳纤维合材料在成型工艺领域的专利分配来源：中国国家知识产权局环球汽车碳纤维复合材料专利分析报告汽车零部件领域汽车碳纤维合成材料领域专利分布数据来源：中国国家知识产权局《汽车碳纤维复材全球专利分析报告》。从图中可以看出，东丽、丰田、宝马、日产和戴姆勒三个领域的专利数量位居前列，属于产业链的原材料和复合材料供应商、汽车零部件和汽车制造商。

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