碳纤维材料——轻量化的风向标

材料牛注：如今，随着环保问题的日益加剧，轻质材料越来越受到重视。碳纤维的轻量化效果以及卓越的性能，使其成为轻质材料的研究焦点，但推广仍然是一个不小的挑战。

金属合金和复合材料通常被称为“轻质材料”。它们在汽车、飞机和风车工业等工业领域中，均可以在不影响强度、效率和最终工作系统的结构前提下，达到减轻零部件质量的效果。

轻质材料由小质量高渗透性材料组成，例如轻质钢，镁，铝和钛，上述合金均是具有低密度，高比强度和高耐腐蚀性的有色金属，且适用于成型，机加工和焊接等工艺。轻质材料的性能取决于所使用的合金或复合材料的混合物。轻质材料具有不同的类型，其具体种类的选用取决于终端行业的需求。与传统材料相比，轻质材料具有高的比强度，出色的耐腐蚀性和优秀的设计灵活性。

2014年，世界汽车产量为68,539,516辆， 2015年较之去年增长1.1％，达到69,293,451辆。因此，节能高效的轻型车辆需求的日益增长将进一步拓宽世界轻量化材料的市场。

碳纤维在车辆中的运用将减少高达20％的车重。2016年4月，埃克森美孚推出了“Exceed XP”——一种用于建筑衬板和车辆内饰的高性能聚合物。然而，碳纤维的成本高于其他聚合物，因此实现碳纤维的推广将是不小的挑战。除此之外，汽车内部碳纤维的巨大需求量也将导致车辆制造成本的提高。由于汽车制造商需求量的增加以及研发创新的投入，碳纤维和钢铁材料产量在过去几年实现了快速增长。如今，大多数汽车制造商对具有轻量化和高强度等卓越性能的碳纤维和复合材料都倍加青睐。

碳纤维由聚丙烯腈制造，制造工艺包括机械加工和化学合成两大部分，且加工过程中将使用多种液体和气体。碳纤维的制造是碳化的过程，聚丙烯腈被加热后，得到具有紧密交错碳原子链的碳纤维。碳纤维具有高刚度，轻量化，高拉伸强度，低热膨胀和高温耐受性的性能，因此在汽车、飞机制造、土木工程、赛车和其它运动用品等领域备受推崇。2013年3月，Zoltek公司提出利用预浸丝束缠绕的方式生产CNG罐这种低成本的创新解决方案，其主要是通过添加环氧树脂降低压力容器的生产成本。

然而，碳纤维的推广仍然是一个巨大的挑战。难点包括材料的成本，维护、修理和回收的高花销，而这些对于碳纤维的广泛使用是极为不利的。

原文链接：Carbon Fiber may set new trends in lightweight vehicle manufacturing.

本文由材料人编辑部龙骑士提供素材，马秋晨编译，朱晓秀审核，点我加入材料人编辑部。

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