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汽車業碳纖維應用 目前汽車業最迫切問題在於現行之汽車金屬 車身重量太重，因此如何能夠需找一輕量化而高 強度材料取代目前之金屬車身便為汽車產業最大 之課題。而碳纖維複合材料的強度（355KSI） 比鋼（58KSI）強，重量比鋁輕（密度g/cm^3: 鋁2.77，碳纖維1.56）,為汽車輕量化的最佳材 料選擇，車體使用碳纖維複合材料輕量化後的汽 車，重量更可減少約30%。 因此一般汽車若使用碳纖維複合材料減輕重 量之後，每台車每年可減少CO2排放0.5噸，全 世界車輛若以6億輛計，其中10%使用碳纖維，則 每年即可減少3，000萬噸CO2之排放，對減緩地 球暖化作出巨大貢獻。 目前汽車輕量化的世界發展趨勢，國際汽車 大廠紛紛與碳纖維生產廠合作開發汽車用碳纖維 複材，如BMW與SGL，戴姆勒汽車與東麗公司， TOYATA與日本帝人公司等，均計劃推出大量使 用碳纖維車體之汽車。 · 金屬類 複合材料 鋁鋰/鋁鎂合金 超級鋼 碳纖維 拉伸強度 200～700Mpa 400～700Mpa 360～600Mpa 密度 2.7 7.8 1.5 加工費 最高 最低 高 材料成本 低 高 高 使用優點 金屬中最輕選擇 所有設備可沿用 輕 使用缺點 加工不易 重量重 抗衝擊稍差，修補不易 未完全商品化， 大部分尚在實驗 階段 碳纖維全世界產量低，且廣 產速度不快 備註 當碳纖維薄板與適當比例的樹脂混合後，可 製造出比鋼堅硬 5 倍，卻只有其五分之一重量的 材質。碳纖維的特性是非常穩定且不容易起化學 反應的，而且幾乎不受溫度和壓力的影響而改 變。和鋼相較而言，除了以上特性的優勢之外， 碳纖維在 20 到 2000 度的製作加熱過程中會使 其間堅固強韌程度不斷增強。而鋼在 635 度時會 軟化，到了1400 度時更會融化。在賽車設計的 應用上，由於其質輕且富有彈性是模型設計上的 優點，另外這種材質結構會使衝撞損傷盡量留在 原地，在保護車手安全為前提下車體仍能保持大 部分的完整性，如果用鋼質車體的話，車頭部份 就可能嚴重扭曲而危害車手安全。 在競爭激烈的賽車場上，一但 稍有閃失就可能發生劇烈的衝 撞，特別是平均時速200km/hr， 極速更超越300km/hr 的F1 賽 事。如何在保護選手安全和速 度競爭力之間取得平衡，車體 結構和材質是決定性因素之一。 碳纖維，雖然重量只有鋼材的25％，但是這項著名的高科技材料，卻有鋼 材兩倍以上的堅固和韌勁，足以讓它成為應用在高安全標準上的神奇素材。 而它的輕盈，更是讓對重量斤斤計較的F1賽車工程師愛不釋手。 Sesto Elemento概念車全車採用CFRP（carbon-fiber reinforced plastics，碳纖維複合材質）打造，達到僅999公 斤車重。 碳纖維材料擁有輕量化及強韌的特性， 隨著纖維編織、堆疊、膠合、烘烤等製 程的不同，其強度最高可以達到鋼材的 5倍之多，而重量卻只有對應功能鋼材 的50%，是輕量化工程中的明星材料， 大家所熟悉的F1一級方程式賽車與最新 的波音787客機，都採用這種材料來達 成兼顧高強度與輕量化的目標，也成為 BMW工程團隊所屬意的選擇 由於碳纖維組件生產方式與傳統金屬鈑件生產方式的差異，讓BMW得以生 產體積及造型都超乎傳統金屬製造方式限制的元件。因此BMW i3的車體， 僅需150個元件便可組成，較傳統鋼材打造的方式，減少1/3。而由於碳纖維 元件的組合，是以特殊樹脂膠合而成，不但沒有傳統鈑件組裝螺絲組裝的噪 音，亦不會有點焊時四射的火花。全部的組件，都透過BMW獨家專利的全 自動製程，以機械手臂精密地以1.5毫米間隙黏接的方式，無接觸地組合在一 起，所有的模組之間保持完美的間距，讓所有碳纖維組件之間的力學結構， 可以完美地組合在一起，每一輛i3上這些2公分寬的膠合區域，總長達到160 公尺 車殼 懸吊 車架 引擎蓋 排氣管 進氣歧管 輪框 傳動軸 http://www.youtube.com/watch?v=hjErH4_1fks