碳纤维及其复合材料技术

新宝马7系汽车概况

宝马公司为了从操控性、舒适度、噪音控制等领域满足客户期望，重点从轻量化、重心控制等领域进行开发（图1）。

图1 宝马公司新宝马7系汽车设计方案

新宝马7系汽车（图2）较之上一代产品重量下降130kg，其中采用碳纤维材料内芯减重40kg、支架零件减重10kg、簧下重量减重40kg等。

图2 新宝马7系汽车

新宝马7系汽车设计及CFRP工艺

在新宝马7系中，宝马公司实现了多项技术创新（图3），主要包括： 首次将3种材料结合到喷漆的车身中；采用4 种不同的CFRP技术， 3种不同的Alu技术；采用的碳纤维源自于 100％可再生能源；而铝材料可实现50％回收。

图3 集成多项新技术的新宝马7系汽车关键结构件

新宝马7系 白车身结构重量为323kg，减重40kg，其中采用CFRP零部件16个，预计未来每年CFRP结构件产量达到4000件以上。

在新宝马7系中，CFRP-钢-铝结构实现智能交互，在防腐设计时基于具有风险性的CFRP-钢-铝复合结构，在设计时CFRP主要集中于干态区域（图4）。

图4 新宝马7系汽车防腐设计概念

在CFRP与金属钢、铝等结构连接时，宝马公司设计出来固定式、移动式两种结构（图5）。

图5 新宝马7系结构件中CFRP与金属连接方式

在新宝马7系中碳纤维复合材料主要成型工艺包括WCM、RTM、SMC以及CFRP-钢混杂材料，成型工艺及具体应用结构部位如图6所示。

图6 新宝马7系结构件主要CFRP成型工艺