碳纤维会成为汽车主流应用的可行性材料吗?这是一个老生常谈了几十年的问题，随着宝马i3的推出，碳纤维似乎已打破汽车产业生态链。然而，自从富有开创性的宝马i3上市以来，汽车市场在该材料应用方面并没有发生实质性变化，汽车产业将大量的注意力放在了未来汽车的其他方面。但碳纤维生产的发展仍在继续，并且有迹象表明汽车产业正在重新考虑碳纤维作为汽车主流应用的普适性。

汽车世界（AW）通过独家采访汽车制造商和供应商，给出了这篇专题报道，详细分析调查了碳纤维在汽车主流应用中面临的挑战和机遇。报告主要阐述了以下问题

?  汽车碳纤维面临的机遇和挑战还很多

随着汽车制造商们要满足人们对汽车更快、更安全，同时更加省油和减少尾气排放的要求，碳纤维一直被视为很好的解决方案。碳纤维虽然坚固、轻并且耐腐蚀，但同时价格昂贵，这对成本比较敏感的汽车厂商而言，碳纤维的规模应用仍然是遥不可及的。不过AW通过对汽车产业关键车企相关负责人的采访也发现，碳纤维的规模应用并不仅是原材料价格的问题。

这篇研究报告中，汽车制造商、材料专家以及行业一级供应商也就为什么大家一致犹豫碳纤维广泛应用，以及该材料扩大应用后的前景是否有助于行业发展，给出自己的观点。专家普遍认为，对成本敏感的市场而言，大部分的量产汽车不太可能像宝马i3般大规模使用碳纤维，但会在车体的主体构架上加入碳纤维元素以加固车身。同时，随着包括汽车在内的其他行业对碳纤维需求量的迅速增加,在未来10年到20年，市场上会有大量的碳纤维材料需要回收。英国的ELG碳纤维公司一直在该领域进行开创性的工作，可回收的碳纤维可将碳纤维的成本降低40%左右,但却保留原有材料的90%的性能，但回收利用的方式目前具有局限性，只有优质的回收碳纤维才能够用在汽车关键零部件上（诸如底盘，结构梁等）。

?  福特：碳纤维让一切变的更轻

福特的轻质材料专家认为，碳纤维正朝着更广泛应用的方向发展。

尽管碳纤维已被诸多行业采用，诸如航空航天，军事，甚至旅行箱。但碳纤维在超跑中的应用尤为醒目，如早期的迈凯轮、阿斯顿马丁等超跑的碳纤维版。今天，我们可以在更多高档汽车中找到碳纤维的影子，并且更多的被隐藏在车身结构中使用，而不是仅仅为了外观效果。

簧下质量对于一台跑车的意义无需多言，在福特首次将碳纤维运用在Shelby GT350R之后，新一代福特GT有望成为福特第二款配备碳纤维轮毂的车型。并且随着新材料价格的陆续下跌，碳纤维在汽车领域的商用也更具前景。

?  迈凯伦：建立自己内部的碳纤维复合材料中心

1981年，迈凯伦推出第一个碳纤维方程式赛车MP4/1，虽然此前该材料多次应用于小组件中，但MP4/1 才是第一个真正意义上将碳纤维复合材料应用于整个底盘设计的赛车。通过增加相关材料链轴部位的负荷，碳纤维复合材料赛车的刚度重量比大大提高了，这让赛车变得更轻、更快、更安全，迈凯伦也因为这项重要的设计，显著地推动了F1赛车的安全性而被载入史册，现如今，几乎所有的F1赛车都使用这种更为安全的材质。

今天，为了满足日益增长的市场需要，迈凯伦的全新复合材料技术中心（MCTC）于约克郡谢菲尔德正式揭幕，该中心共耗资5,000万英镑，预计于2020年正式完工并投入生产。新工厂预计每年可生产10000个碳纤维车身，但迈凯轮此前曾声明每年只造大概5000辆新车。这意味着未来该公司将加快生产效率，并很有可能为其他汽车制造商提供碳纤维车身结构部件。

?  宝马i系： 碳纤维应用的里程碑

BMWi3和i8的上市不仅开创了碳纤维复合材料在量产车型大规模应用的新纪元，也标志着宝马集团业已成为目前唯一掌握车用碳纤维复合材料大批量生产和制造技术的厂商。BMWi产品的车身完全由已经应用在F1赛车、航空航天领域的碳纤维复合材料打造而成，这种材料比普通钢材轻了将近60%，比铝合金轻40%，同时具有重量轻、弹性高、耐腐蚀、更坚固等特点。使用这种材料打造的BMWi8的整车重量仅为1540公斤。但这一切是要付出高成本代价的，作为BMW碳纤维的关键供货商，SGL集团近期开发出了一款新型大丝束碳纤维产品，显著拓展了其现有的产品体系，其特点是具有较高的杨氏模量，甚至更加适用于航空航天领域。

?  供应商对碳纤维的广泛应用充满信心

随着材料加工科学的进步以及碳纤维在汽车领域应用的更加成熟，Magna公司对碳纤维材料的大规模应用前景充满信心。

?  电动汽车（EVS）为碳纤维的广泛应用带来了新的机遇

碳纤维复合材料主要在高性能汽车方面展示其优越性，在成本可控的前提下，其重量轻、强度高的特点对电动车厂商们也充满了吸引力。

?  3D打印能取代碳纤维制作中的高压釜吗？

传统工艺制造碳纤维的过程十分复杂，它需要工业压力釜以及大量的人力劳动，但是日益进步的3D打印为碳纤维制造带来了新的希望，可以用更低的成本简化整个制作流程并减少人工投入。将3D打印应用碳纤维制造领域已具有不少案例，硅谷初创公司Arevo Inc已经生产出它所说的世界上第一台带3D打印框架的碳纤维自行车。

3D打印专家兼材料供应商资深总监Tim Schniepp 介绍：“为了满足环保需要以及提高燃油效率，汽车工业正着眼于传统复合材料的开发以减轻汽车自重，而3D打印能够体现复合物轻量化的优势，增加设计自由度，并且减少生产过程的废弃物。”

?  热塑性塑料有助于碳纤维从试验阶段走向商用

通过将热塑性塑料和碳纤维相结合能够增加碳纤维产品的附加值，促进碳纤维的更好商用。

碳纤维在汽车制造业的应用起源于30多年前的赛车运动，但据全球领先的高级聚合物和高性能塑料生产商科思创（Covestro）透露，对于大部分的汽车制造商而言，碳纤维的应用仍然处于试验阶段。碳纤维增强复合材料虽然已广泛应用于一系列其他行业,从航空、宇宙飞船到自行车和旅行箱，但这一轻质材料在汽车领域的应用仍然不够成熟。

热塑性碳纤维增强复合材料很容易成型，并具备各种金属优势集成的特点，将热塑性塑料和碳纤维相结合的最大优势还在于该材料非常轻便，并且具备很高的性价比。

?  精准纤维编织（TFP）工艺极大降低了碳纤维的应用成本

使用TFP工艺可以经济、高效、连续地生产3D形状复杂的碳纤维复合材料部件，通过该工艺仅会产生3%以内的废料。

传统工艺中，纤维只能从横向和纵向两个相互垂直的方向进行编织，然后再切割成所需的形状；而在TFP工艺中，却可以根据结构强度、应力的需要，将纤维“缝制”到织物或聚合物表面，从而让它们集中出现在最需要它们的地方。它释放了传统工艺对设计空间的限制，极大地减少了废料的产生，有效地促进了不同材料和热塑性树脂在同一块部件上的使用。这种工艺可不是用来生产坐垫、仪表盘或是车门内饰之类的装饰性部件的，而是用来生产齿轮箱铸件、踏板箱（pedal box）和发动机附件支架的。不仅可以减重、增强，而且不增加成本。因此，TFP工艺为高居不下的碳纤维汽车成本问题提供了一个很好的思路。

报告来源：Automotive World

原文标题：《Special report: Can carbon fibre compete in mainstream automotive?》