碳纤维一直是高端车的标志，由于其高度轻量化、抗振等能力为汽车带来更多性能提升，同时高昂的价格让其必然不可能出现在中低端车上。
但是随着工艺的发展，碳纤维制造成本逐渐降低。各种汽车上都可以看到碳纤维的身影。
今天我们一起来看看碳纤复合材料目前的汽车市场形势。碳纤复合材料在哪些方面被汽车青睐？
（1）碳纤维的比重一般为钢材的25%，CFRP 的抗拉强度可以达到钢材的7倍以上，抗拉弹性模量也高于钢材。CFRP 的比强度可达到 2000MPa/( g/cm3 ) 以上，而 A3 钢的比强度大约为 60MPa/( g/cm3 )，因而其轻量化效果明显。（2）碳纤维复合材料是通过碳纤维和树脂经过复合工艺制成的一种多组分材料。由于树脂基大多为热固性或热塑性材料，与固化剂作用时可形成三维网络状结构塑、真空导入成型、预浸料模压、热压罐工艺等方式一次成型，大大提高了材料的集成度。因此， 能够有效减少零部件数量 。此外，合成模具可设计性好、造型自由 , 实现流线型曲面的成本比较低。（3）碳纤维复合材料振动衰减系数大、吸振能力强，能够达到减少振动、降低噪声的作用，从而增加乘坐的舒适度。其冲击吸收性能是金属的 5 倍，能够提高碰撞过程人员安全性，减振性能优异。（4）碳纤维材料的生产过程已经基本实现了高度的机械化。机器人的大量使用确保了整个生产过程的自动化，人工操作的过程仅局限在最低程度，不仅明显提高生产效率、减小制造误差，人力成本也得以大幅降低。另外，碳纤维材料的生产方式采用大量的模压和黏结工艺来代替冲压和焊接，颠覆了传统汽车的生产流程，不仅生产安全性得到提高，而且规模化生产成本也在可接受范围内。一台总质量约为 1.5t 的汽车 , 其车架质量约为 600kg，占整车质量的 40%；发动机和传动系统均为 100kg 左右，占整车质量的 8%；内饰、座椅各占 5%；其余为各种电器、玻璃、轮毂等装备。为了满足汽车轻量化的需求，现有部分厂商已经开始将碳纤维材料应用于不同部位以实现汽车零部件的有效替代。下面将从车身、发动传动系统、轮毂等方面分别介绍碳纤维材料的应用现状。
作为占据整车质量高达 40% 以上的主体部件，车身不仅起到支撑整体结构的作用 , 还要保证行驶的安全 性。因此，良好的车身强度和抗扭刚度是车身材料所必须具备的，同时也需要维持舒适的驾驶体验。另外，车门部件还要尽量减少车门下垂形变和永久性形变 , A、 B 、C 柱与门槛部位则要保证整体结构的力学性能。保险杠部位要有良好的耐冲击性能。早在 2003 年，Daimler Chrysler 公司推出的 Dodge Viper 型跑车首次在汽车挡板中采用了 CFRP，减重 18kg。不久之后，英国的莲花跑车在车身底座中使用一体成型的 CFRP 材料，成功替代了 16 个金属组件。到了 2011 年，兰博基尼推出了 Murciélago 替代车型，该车采用了全碳纤维复合材料单壳体车身，质量仅为 145.5kg。2014 年开始，宝马分别在 i3 和 i8 的车厢主体的 Life 模 块 、第六代 7 系的部分车身以及全系的 A、B、C 柱与门槛等部位采用大量的 CFRP 与钢或铝合金组成混合结构，在实现轻量化的同时又能有效保证车辆整体结构的力学性能。与此同时， Volvo 的 Polestar 车型的上边梁、奔驰 SLR 跑车的前纵梁、Alfa Remeo 4C 的车架结构、引擎盖也均采用了 CFRP 部件。梅赛德斯-奔驰 SLR 跑车上由 CFRP 材料制成的两根纵梁可以彻底吸收正面碰撞时产生的能量，从而保证乘客厢的结构基本不受影响，同时，全部由 CFRP 材料制成的乘客厢，在发生尾部或侧面撞击时也能为车内乘客提供非常可靠的安全空间。在国内，北京汽车 2016 年款新型 BJ40 的发动机罩盖、车顶盖均采用碳纤维材料，最终减重 50% 左右。奇瑞汽车的艾瑞泽 7 的前横梁以及覆盖件、一汽集团的红旗超跑 S9 的车身也都采用了碳纤维材料 。但是在车辆的主体结构方面还大都停留在概念车或新能源车型上。在车辆的行驶过程中，其发动、传动以及制动系统 往往决定了车辆的整体运动性能。传统燃油车的发动机在碳纤维材料的替代方面还停留在试验室阶段，仅有 2011 年比利时 Solvay 公司开发的 CFRP Polimotor 四缸发动机缸体，虽然其尚未应用到成品车中，但也为碳纤维材料的应用提供了新思路。除此之外，仅有部分厂家在发动机的零配件部分使用了一定数量的碳纤维替代材料，如上汽荣威的 E50 车型的引擎盖和福特部分车型的油箱底壳采用的 CFRP 复合材料等。在传动方面 , 基于碳纤维材料优良的比强度，很多厂家已经开始采用由 CFRP 材料制造的传动轴。福特的野马载重汽车，采用 CFRP 可以将原来的 2 个部件简化合并成 1 个传动轴，与钢材料相比，减重高达 60%~70%；英国 GKN 技术公司开发的 CFRP 传动轴，在减重 50% ~ 60%的同时，其抗扭强度比钢大 10 倍，弯曲强度大 15 倍；奥迪 Quattro 系列、日本尼桑 GTR 和 Fairladyz 车型、阿斯顿·马丁 V8 Vantage Coupe 车型和 Mazda RX-8 车型上已大量使用 CFRP 复合材料制造的传动轴。在实际应用中还发现，将 CFRP 材料应用到改装车的转 动轴上还能够有效降低转动轴的质量，增强车辆的耐久性和抗疲劳性。有关制动方面的应用主要集中在车辆的制动器。传统的汽车制动器衬片主要由石棉摩擦材料构成，但是这种材料在高温下会出现摩擦性能的“热衰退”现象，存在一定的安全隐患，并且在使用过程中会产生对人体有致癌危害的石棉粉尘，因而替代需求强烈。目前，SGL Carbox AG 公司生产的一种车用的碳纤维-陶瓷制动盘装置已经在保时捷 918 spider 和 GT IIS 车型中使用，当车速从 300km/h 降低到 50km/h 时，制动距离不超过 50m。轮毂的轻量化不仅能提高机动性能，如制动、启动加速、转向等，还能减少响应时间，显著改善车辆的操控性能。2009 年生产的 Shelby Ultimate Aero 跑车，2012 年出厂的保时捷 911 和 2015 年初设计的福特新一代野马 Shelby GTR 均使用碳纤维轮毂 , 在实现减重 50% 左右的同时 , 还能显著改善车辆的操控性能。这是因为随着轮圈的减重 , 其转动角动量大约降低 40%，在 一定程度上起到了间接改善汽车的加速和刹车效能的作用。除此之外，Carbon Revolution 公司还为日产的 R35 Nissan GT-R 跑车量身定制了 CFRP 全碳纤轮毂， 84kg，整车综合动力性能有大幅提升。另外，对于内饰、座椅等装饰方面的材料，由于并非是纯钢材的替代，因而在减重方面的效果并不明显，已知的有 ELG 公司与 CRTC 公司合作研制的可回收碳纤维汽车座椅、夹层板，福特研制的由碳纤维和钢制成的座椅框架，一汽红旗超跑 S9 的部分内饰材料以及北汽绅宝 D60 的前格栅和尾翼等。其使用目的大多是一种彰显运动与时尚，并作为一种提升车辆科技感的方案。新能源汽车主要轻量化方向分为整车车架质量以及储能装置两个方向。新能源汽车的质量每减少 10%，对应的续航里程大约存在 5.5% 的提升。瑞典初创 UNITI 电动汽车公司新推出的电动车“ Smartphone Car”就是一款典型的城市代步新能源车型。该车采用 Zolterp X35 的 CFRP 部件制成车身，一次充电可行驶约 299km，30min 充电即可行驶 199km，在实现车身轻量化的同时又不牺牲整车的舒适性、安全性和续航里程。
日本 Teijjin 公司也设计了一款由 CFRP 车体结构构成的 4 座概念车，由于采取 CFRP 材料制成，车体成型只需 1min，且 47kg 的车体质量仅为同等钢制车体结构的 1/5。韩国现代公司推出的 Intrado 燃料电池概念车也秉承了轻量化的设计理念，在全车架、引擎盖以及侧板方面均采用 CFRP 材料制造，相比传统钢板制造的汽车减重高达 60%，大大提高了燃油效率，单次补充燃料行驶超过 600km，而且由于车身质量较轻，百公里加速时间低于 12s，同时兼顾了驾驶乐趣以及车辆的实用性。国内方面， 2016 年 3 月上市的奥新 e25 新能源车也采用了 CFRP 车身，其百公里耗能低于 10kW·h，续航性能理想。另外，奇瑞也开发了一款 CFRP 电动车，车身质量仅为 218kg，相较金属车身减重达 48%，并且在抗冲撞性和操控性上均有提高。新能源汽车的动力结构主要有燃料电池和储能电池两个大类，其中氢能源车的储氢容器以及电动车的电池包都是质量大户，因而其轻量化方案也大多是基于这两个方向来考虑的。
在燃料电池方面，Quantum 公司为铃木燃料电池汽车设计制造了一种容量为 160L、工作压力为 70MPa 的 CFRP 超轻氢燃料压力容器。该容器能够以最小的体积和质量为燃料电池提供较高密度的能量 , 且其快速充放以及渗透率等指标均超过业界同行和政府规定的标准。另外，丰田燃料电池汽车 Mirai 在其燃料电池反应堆框架上首次使用了CFRP 材料，并且能够适应大规模生产。
在储能电池方面， 2013 年左右，沃尔沃基于 S80 打造出了一种采用新蓄电材料的原型车。该车采用 CFRP 超级电容器板来替代传统车辆的各个部位， 包括车门、车顶、后备箱盖等位置，实现整体减重 15%。应用车体、车门、车顶材质还能够靠刹车动能回收系统以及传统的插电方式来充电。沃尔沃宣称：仅靠后备箱盖就有能力为汽车提供足够的能量，且充电时间也比传统电池更加快速，同时，这种蓄电材料在充放电时没有化学反，因此不会存在蓄电能力下降的问题。另外，William 先进工程公司利用可回收碳纤维 ( RCF) 设计制造出整体式电动车底盘 FW-EVX 部件，创新性地将电池包、冷却装置及其轻量化底盘完全集成到一个可扩展平台上，甚至还能根据需求将驱动电机的外壳也集成到该平台上。CFRP 底盘模压成型的悬挂横梁中 80% 采用了 RCF 部件，质量只有锻造合金件的 40%。这一集成化设计不仅充分发挥了 CFRP 部件的设计灵活性，还可以取代其他装置金属壳体，减少质量，使电动汽车更集约化、更强 、更轻。蔚来公司生产的 Nio ES6 除了采用碳纤维后地板总成 、碳纤维座椅板总成 、碳纤维后地板横梁总成三大部件之外，其电池包上壳体也采用了碳纤维材料，大大减小整车质量。
免责声明：本文（部分）数据、图表或其他内容来源于网络或其他公开发表的资料，仅供读者参考、交流、学习，不涉及任何商业行为或目的。版权归属原作者、原出处。若版权所有者认为本文涉嫌侵权或其他问题，请联系我方并及时处理。