碳纖維復合材料在汽車改裝領域的應用
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摘 要：隨著國家政策的逐步放開，汽車后市場改裝的可行性進一步提升。碳纖維復合材料所具有的輕量化特征，及其體現出的強烈科技感，使得碳纖維車用改裝件成為汽車改裝領域的一個重要分支。汽車改裝領域將成為繼軌道交通領域之后，又一個碳纖維產品得以施展拳腳的重要市場。
關鍵詞：碳纖維;復合材料;輕量化;汽車改裝
中圖分類號：U469.72 文獻標志碼：A 文章編號：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 汽車改裝在世界
相比于發展中國家，在發達國家，汽車改裝文化更為盛行，一方面是由經濟基礎決定的，另一方面在于領先的汽車制造技術和深厚的汽車文化底蘊。在歐美日等傳統汽車強國，許多汽車公司有其專屬配套的改裝機構，比較著名的包括奔馳的AMG，寶馬的M PERFORMANCE，奧迪的ABT，以及為日系車配套的TRD、NISMO等。
從地域板塊來看，主要分為三個板塊：首先是歐洲板塊，這部分的汽車改裝，更多地延伸了原廠品牌文化的特色，歐洲很多汽車公司都有自己認證的改裝廠，使得這類改裝依舊保留濃重的品牌色彩;其次是北美板塊，車輛的改裝是完全的個性化定制，甚至可以徹底脫離原車框架，對性能和外觀造型進行全面改裝;第三即亞洲板塊，雖然擁有最先進的軟硬件技術，改裝后的汽車也具有相當高的實用性，但尚沒有得到法律支撐，依然以地下工廠的形式運作著。
2 汽車改裝在中國
2.1 起步晚，增速快
我國最初的汽車改裝是上世紀70年代從香港引進的。目前主要集中在廣東地區以及北京、四川等地，并逐漸向長三角及環渤海灣地區發展。
國內改裝車市場近年來發生爆發式增長，據統計，2013年國內改裝車需求市場消費規模為760億元人民幣，2016年則已突破1500億元。
2.2 國家政策正逐步放開
我國對于改裝車的管理是較為嚴格的。根據《機動車登記規定》相關條款，對于可能造成與車輛出廠技術參數不符的改裝，都有可能無法通過年檢甚至被查扣。
隨著2014年10月新版《機動車登記規定》的發布以及2016年7月《中國汽車改裝標準目錄》的公布，機動車可以采用先執行后登記的模式進行注冊登記，為汽車改裝行業帶來了極大的便利。
2.3 個人是市場主要主體對象
汽車改裝分為兩大類：一是指專門生產改裝汽車的廠家，用國家鑒定合格的發動機、底盤或總成，重新設計改裝與原車型不同的汽車;第二類則是已經領有牌照的汽車，為了某種使用目的，在原車總成的基礎上，做一些技術改造。[1]
前者在國內無法鋪開，其根本原因在于相對落后的汽車研發技術和生產加工技術。目前，國內整車廠將有限的資金都投入到車輛底盤、發動機、變速箱方面的研發，短時間內無法開發出具有市場效應的系統產品以及衍生產品;再加上4S店無法成為消費者和制造廠商溝通的橋梁，導致整車廠無法有效了解到客戶群體的要求。所以，以個人為消費主體，以后期改裝為切入口的第二類改裝，在當前甚至今后很長一段時間內，將是國內車輛改裝市場的主要模式。
3 碳纖維化改裝的優勢和劣勢
3.1 優勢
碳纖維是一種含碳量高于90%的無機高分子纖維，是高端纖維增強材料之一。碳纖維復合材料相比傳統金屬材料具有密度低、比模量高、比強度高、耐疲勞性好、耐化學腐蝕、熱膨脹系數小、導熱性好等優點。
碳纖維復合材料應用在車輛上可以有效降低整車重量，一來可以提升車輛的加速性能，二來可以達到節能環保的效應。數據顯示，若將車體重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%;汽車整備質量每減少100千克，百公里油耗可降低0.3～0.6升。隨著《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》的發布，通過減重的方式提升燃油經濟性成為眾多汽車廠商優先選擇的方式。
除了上述優點外，碳纖維復合材料還具有出色的耐熱性及出色的抗熱沖擊性，這使得它成為了發動機罩的理想材料;另外它的熱膨脹系數很低，使得車輛在高熱情況下運轉也不會帶來變形;優秀的抗腐蝕與輻射性能也是普通鋼材料不可比擬的。
3.2 劣勢
碳纖維改裝的主要劣勢體現在兩方面，一是成本較高，二是碳纖維行業與汽車行業規則上的不同和對接。
3.2.1 碳纖維產品使用成本高 碳纖維產品成本高是顯而易見的，原材料初始成本以及制造工藝和生產模式導致了碳纖維產品價格居高不下。
目前常見的碳纖維構件，大多是力學支撐件、外觀件或者空氣動力學套件，這些構件在日常車輛運行的過程中，易出現碎石沖擊、剮蹭、甚至車輛撞擊;同時，碳纖維構件不同于鈑金件，其維修的可能性很低，在產品損壞以后，更換零件的可能性更高。所以，購買碳纖維產品的終端客戶除了要負擔較高的首次費用以外，還需要在后期維護、保養、更換等方面發生費用。
3.2.2 碳纖維行業與汽車行業規則上的不同
碳纖維產品依然停留于小批量、高附加值的生產模式，而這種生產模式顯然是無法滿足批產化生產的普通家庭用車的。所以，目前的碳纖維產品更多的出現在生產數量相對較少的高端汽車或是跑車上面，或是以個性化改裝的方式來滿足一部分客戶群體的需要。
4 碳纖維材料改裝應用
4.1 車身外構件
車身外構件是目前碳纖維材料最多運用的地方，諸如引擎蓋、車頂、車門、擾流板等構件經?？梢钥吹教祭w維復合材料的身影。碳纖維復合材料擁有更高強度和模量，使其在同等結構強度條件下，重量僅為普通鋼材的40%左右，應用后能夠大幅降低車體重量，有效提高車輛動力學性能，在競速車輛中體現的尤為明顯。
4.2 剎車片
碳纖維復合材料能夠承受1000℃以上高溫，同時有別于傳統金屬材料，碳纖維復合材料不存在熱損耗的問題，使其擁有非常出色的穩定性。該類產品已經大量營運于F1和GT系列競賽汽車上。
4.3 輪轂
英國Kahm公司使用CFRP制得的RX-X 型高級汽車專用輪轂，質量僅為6kg，可高速行駛，并可最大限度地降低車輪的徑向慣性力;瑞典Koenigsegg公司2013款Agera R型跑車搭載的世界上第一個中空、一片式碳纖維輪轂，在降低約20kg的簧下質量的同時，依然保證良好的安全和抗沖擊性能。
4.4 傳動軸應用
碳纖維增強復合材料所具備的各向異性、比強度高和比模量相對較低的特點，在傳動軸產品上得以充分發揮。與普通鋼材相比，質量可以減輕一半以上;在同等重量和直徑的條件下，扭矩力可以達到鋼材的170%以上;另外，碳纖維傳動軸在有效降低傳動軸重量的情況下，將擁有更好的耐疲勞性和耐久性。
BMW是碳纖維車輛零部件的堅定支持者和引領者，不同于科尼塞克等高端跑車，BMW已經降低了碳纖維零部件的準入門檻。新一代7系轎車，M4跑車以及i3，i8跑車就大量使用了碳纖維技術。新7系的“Carbon Core高強度碳纖維內核車身”在車頂橫梁結構以及B柱和C柱、底部側圍、中央通道和后部支撐起到控制體重關鍵的作用，使得全新730Li領先型車重只有1830kg;i3跑車則采用了純碳纖維座艙設計，該座艙是寶馬與德國SGL碳纖維公司合資建立全新工廠，以高度自動化方式生產的;寶馬致力于將碳纖維在車身上比例再進一步提高，比如全碳纖維方向盤以及像是新款M3/M4所使用的碳纖維傳動軸;進一步，寶馬已經完成了碳纖維輪圈的制造布局，預計在若干年內這些碳纖維輪圈就會出現在市場上。寶馬制成的碳纖維輪圈將比鍛造鋁圈輕35%，這將使車身重量大幅減少……
5 結束語
碳纖維零件已經成為汽車輕量化研究的一個主要方向，未來幾年內，車用金屬零件將更多地被碳纖維復合材料零件所替代，碳纖維零部件也將更多地出現在汽車改裝領域。但我們也必須深刻認識到碳纖維產品小批量、高附加值生產模式所帶來的高成本，這將會是阻礙碳纖維復合材料零件快速市場化的一個重要因素。優化制造模式，提升制造效率，降低碳纖維零件生產成本，將成為碳纖維制造領域的一個重要課題。
參考文獻：
[1]高巍.從“遮遮掩掩”到“堂堂正正”政策放寬后的汽車改裝市場前景看好[J].當代汽車，2008（10）：10-11.
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