碳纖維材料——輕量化的風向標

材料牛注：如今，隨著環保問題的日益加劇，輕質材料越來越受到重視。碳纖維的輕量化效果以及卓越的性能，使其成為輕質材料的研究焦點，但推廣仍然是一個不小的挑戰。

金屬合金和復合材料通常被稱為“輕質材料”。它們在汽車、飛機和風車工業等工業領域中，均可以在不影響強度、效率和最終工作系統的結構前提下，達到減輕零部件質量的效果。

輕質材料由小質量高滲透性材料組成，例如輕質鋼，鎂，鋁和鈦，上述合金均是具有低密度，高比強度和高耐腐蝕性的有色金屬，且適用于成型，機加工和焊接等工藝。輕質材料的性能取決于所使用的合金或復合材料的混合物。輕質材料具有不同的類型，其具體種類的選用取決于終端行業的需求。與傳統材料相比，輕質材料具有高的比強度，出色的耐腐蝕性和優秀的設計靈活性。

2014年，世界汽車產量為68,539,516輛， 2015年較之去年增長1.1％，達到69,293,451輛。因此，節能高效的輕型車輛需求的日益增長將進一步拓寬世界輕量化材料的市場。

碳纖維在車輛中的運用將減少高達20％的車重。2016年4月，埃克森美孚推出了“Exceed XP”——一種用于建筑襯板和車輛內飾的高性能聚合物。然而，碳纖維的成本高于其他聚合物，因此實現碳纖維的推廣將是不小的挑戰。除此之外，汽車內部碳纖維的巨大需求量也將導致車輛制造成本的提高。由于汽車制造商需求量的增加以及研發創新的投入，碳纖維和鋼鐵材料產量在過去幾年實現了快速增長。如今，大多數汽車制造商對具有輕量化和高強度等卓越性能的碳纖維和復合材料都倍加青睞。

碳纖維由聚丙烯腈制造，制造工藝包括機械加工和化學合成兩大部分，且加工過程中將使用多種液體和氣體。碳纖維的制造是碳化的過程，聚丙烯腈被加熱后，得到具有緊密交錯碳原子鏈的碳纖維。碳纖維具有高剛度，輕量化，高拉伸強度，低熱膨脹和高溫耐受性的性能，因此在汽車、飛機制造、土木工程、賽車和其它運動用品等領域備受推崇。2013年3月，Zoltek公司提出利用預浸絲束纏繞的方式生產CNG罐這種低成本的創新解決方案，其主要是通過添加環氧樹脂降低壓力容器的生產成本。

然而，碳纖維的推廣仍然是一個巨大的挑戰。難點包括材料的成本，維護、修理和回收的高花銷，而這些對于碳纖維的廣泛使用是極為不利的。

原文鏈接：Carbon Fiber may set new trends in lightweight vehicle manufacturing.

本文由材料人編輯部龍騎士提供素材，馬秋晨編譯，朱曉秀審核，點我加入材料人編輯部。

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