经常听说日本在汽车和飞机上使用碳纤维，这不最近，日产（Nissan）刚刚为其碳纤维发动机申请了专利。是什么使日本热衷与在汽车上使用碳纤维？

碳纤维一直被认为比钢更好，因为它具有更高的抗应力性能和更轻的重量。虽然它的制造成本更高，但在大规模生产环境中，价格会下降。因此，在某种程度上，碳纤维最终会出现在许多我们通常认为只可能出现在钢铁中的产品中，这是有道理的。比如发动机缸体。

整块都是由碳纤维制成的吗？

它不完全是碳纤维的。可以这么说，仍然有钢制气缸套，碳纤维的作用是将它们固定在适当的位置。但它确实让我们想知道，是否有一天一整个都是完全由这种材料构成的。

尼桑首次尝试将碳纤维用于发动机的设想是用在一个主要部件上，也就是气缸本身。Carbuzz表示，该专利描述了“焊接到主块上的树脂外部构件”。在主块和外层碳纤维之间有间隙，成为水通道。它还有助于将外部材料与钢瓶中产生的热量隔离开来。

这一直是考虑碳纤维作为发动机缸体材料的缺点。用于制造碳纤维的树脂只能承受250度左右的温度。大多数发动机都达不到这个温度。

碳纤维发动机有哪些缺点？

但是整个发动机缸体的热温度是不同的。碳纤维哑光材料可以吸收大量的热量，但树脂却不行。对于活塞在气缸壁上的摩擦尤其如此。这就是日产选择金属衬垫的原因。

碳纤维作为发动机缸体材料的另一个问题是，机油、防冻剂和燃料可能会侵蚀树脂。特别是，油可能是一种非常具有腐蚀性的化学物质。这些都可能导致磨砂层脱层。

铁不是发动机缸体的唯一材料。铝、镁甚至钛的发动机缸体都看到了希望。当然，铝制发动机缸体已经存在多年了。

镁也是铁的轻量级替代品。但镁合金的强度不如老铁。但是镁发动机已经投入生产。保时捷从1968年到1977年使用镁块。但话说回来，福特、梅赛德斯-奔驰、捷豹，甚至起亚也是如此。

镁也是铁的轻质替代品。但是镁合金的强度不如好的老铁。但是镁发动机已经投入生产。保时捷从 1968 年到 1977 年使用镁发动机。然后，福特、梅赛德斯 -奔驰、捷豹甚至起亚也是如此。

用钛做发动机缸体不是更好吗?

至于钛，是的，它将是铁的一个很好的替代品，除了一些方面。首先，它非常昂贵，这几乎阻碍了大规模生产。而且它也很难加工。由于钛有不同的品种和合金，在加工时会带来不同的困难。将焊缝暴露在氧气或氮气中会导致严重的脆化。

正如我们所看到的，日产很清楚与制造碳纤维发动机缸体有关的问题。它正在考虑的一个优势是，与铁或铝相比，它的工作温度上升得更快。这将减少某些表面过早磨损的可能性。

但在进一步发展之前，碳纤维和钛都用于许多发动机部件中，如气门、活塞连杆和紧固件。

除了发动机，日本在车上这些地方也用了碳纤维

4月26日，帝人汽车技术公司宣布为全新路特斯跑车（Lotus，又名莲花汽车）Emira提供复合材料外饰件。具体涉及左右车门、右侧和左侧后四分之一面板，以及尾门。

其中，车门后四分之一和尾门外面板使用公司专有的TCA Ultra Lite®材料制造。这种低密度的A级表面材料比传统复合材料轻43%，重量与铝大致相同。同时这类压缩成型复合材料对比金属可以实现更富有创造力的造型线条。该材料由帝人SMC复合生产线生产，产线位于法国pouancois。

此外，帝人在门板位置设计的特殊沟槽可引导气流为发动机舱提供进气口和冷却；同时，后挡板的内部由低密度SMC制成，其中含有有改性玻璃纤维。上述部件由帝人在葡萄牙lea do Balio的工厂制造。

帝人汽车技术公司的Ultra Lite®技术使用特殊工艺及材料部分取代传统树脂粘合剂，增加其界面强度。这种处理技术可获得更坚固的复合材料，使成型零件更耐损坏，防止微裂纹并提高油漆的附着力和粘合特性。

汽车中大量使用碳纤维，能减少多少碳排放？

碳纤维是以聚丙烯腈（PAN）纤维或沥青纤维等有机纤维为原料，通过在惰性气氛中热处理以除去碳以外的元素制成的。对于具有标准弹性模量的碳纤维，纤维中碳元素含量为90％以上，而除碳以外的主要元素是氮。对于具有高弹性模量的碳纤维，碳元素含量为几乎100％。除碳以外的主要元素是氮。

在制造碳纤维时，以精炼石油而获得的丙烯腈为原料，经过纺丝并烧成碳纤维，由于其在1000℃或更高的高温下燃烧，因此当制造1吨碳纤维时排放约20吨CO₂。但即便如此，也不能影响碳纤维是一种环保材料。

其原因在于碳纤维具有出色的比强度和比模量，碳纤维的使用极大地提高了全球变暖的对策。国外碳纤维企业通过对碳纤维复合材料生命周期研究，评估了碳纤维对环境的影响，其主要评估内容包括原材料的开采、碳纤维产品的使用直至废弃的整个生命周期来评估碳纤维对环境的影响。

评估结果表明，产品在10年生命周期内，在汽车使用碳纤维将车体重量减轻30%的情况下，可达到每吨碳纤维减少50吨CO2的效果。

如果将碳纤维用于日本乘用车（轻型车除外，拥有4200万辆）和客机（拥有430架），并通过轻量化来提高燃油效率，则最终可以减少CO₂排放量将达到2200万吨。因此，碳纤维是有助于全球环境保护的先进材料，这是减少CO₂的“关键”。

通过将以往的材料替换为碳纤维复合材料，可以使汽车等实现轻量化。通过轻量化提高燃油效率，可以获得远远超过碳纤维制造过程中的CO2排放量的CO2削减效果。

一辆中型汽车中碳纤维复合材料CFRP使用量为17%时，每辆汽车约使用碳纤维量为100kg，与传统材料相比可实现30%的轻量化，按照终身行驶距离9.4万公里，运行10年，每辆汽车可减少5吨CO2排放。

文章来源： MotorBiscuit，复材云集，DT新材料