石墨烯增强碳纤维在汽车轻量化领域应用需注意三个问题

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据外媒报道，美国宾夕法尼亚州立大学的一组科学家研发了一种新制造方法，在碳纤维材料制造过程的第一阶段添加质量分数为0.075%的石墨烯，可降低碳纤维的孔隙率，能够生产出石墨烯增强型碳纤维，比原来基于聚丙烯腈生产的碳纤维的强度大225%、刚度高184%，生产成本可降低66%。如果能够更容易地实现其特性，就能够大幅降低汽车的重量和成本，同时让汽车更安全。

目前，石墨烯增强型碳纤维在汽车轻量化领域应用还存在一定问题。

一是在整车设计中无法兼顾质量最轻和车身扭转刚度、碰撞吸能、最大碰撞力等指标要求，造成设计不合理。如石墨烯增强型碳纤维材料表面的沟槽和缺陷仍然存在，会造成侧护板防撞性能的降低，多数车企制备侧护板时，更倾向于采用同等体积下重量更大的高强度钢或铝合金材料。此外，沥青、纤维素、木质素、人造丝和其它一些合成和半合成聚合物，已经被用来作为原料，以降低碳纤维成本。不幸的是，由这些低成本前驱体生产的碳纤维力学性能差，对汽车轻量化的安全问题构成威胁。

二是金属材料内部不同位置的物理、化学性质是一致的，在不同的方向所测出的性能数值完全相同。但石墨烯增强型碳纤维复合材料则不同，顺着材料设计方向上的强度更大，而其他方向上的强度则相对较弱，材料结构形式复杂，破坏失效形式多样。如该材料制成的车身对低速冲击非常敏感，易形成无法察觉或检测的损伤，如基体断裂、层级脱离，具有很大的潜在危险和安全隐患。此外，同一批次的材料性能均衡性不一，性能测试结果失准，易影响制备的车身和零部件安全性能。

三是碳纤维材料在汽车领域的应用时间尚短，制备工艺技术和产品性能指标也存在差异，碳纤维生产检测标准、轻量化零部件的评价标准和测试方法标准等缺乏规范，不利于材料在车身和零部件的使用。例如，现阶段碳纤维车身损伤程度的评估标准缺失，车身受到撞击后采取修补还是采取更换的方式进行维护没有明确的规定。