一、碳纖維行業發展狀況

碳纖維力學性能優異、密度低、耐疲勞、抗腐蝕以及其他特殊性能，在航空航天、交通運輸、建筑、電子電氣、新能源、運動休閑等方面應用廣泛，對國民經濟發展及科技進步影響深遠。碳纖維曾主要用于航空航天，人們在日常生活中偶有相見也是在高檔跑車、奢侈用品上，經過40多年的產業化及應用，它也從王謝堂前燕，逐漸走入尋常百姓家。

2017年的碳纖維需求量達到84200噸，相對于2016年的76500噸增長超過10%。2017年中國大陸生產了7400噸碳纖維，臺灣地區生產了4000多噸，實現了較大幅度的增長。多年來已經形成了一批有一定實力的企業，其中中國企業(畫圈內)也已經占有一席之地。目前我國已有30多家企業從事碳纖維的研發和生產，建成產能已經突破2萬噸，但大多為相對低品質的產品，與國外相比差距明顯。同時，由于國外廠家的價格戰略，使低檔碳纖維的價格甚至在成本線以下，所以國內碳纖維生產廠家的盈利能力堪憂，幾乎所有的企業虧本。有技術能力的廠家通過下游復合材料制品來彌補上游的虧損。不過即使如此也涌現出像中復神鷹、光威、江蘇恒神、中安信、精功等一批較為不錯的碳纖維企業。特別是2017年以光威上市、中復神鷹取得多項大獎為標志，說明中國碳纖維產業發展已經突破以前無和有的問題，達到一個新的階段。

而在碳纖維應用方面也呈現蓬勃發展、百花齊放的局面。碳纖維屬于一種戰略先進性材料，但也是基礎材料，可以說天上飛的，地上跑的，水里游的……，到處都可能用到，以下是碳纖維在各領域的應用。

國際上應用前幾位是航空航天、風電、汽車、體育用品。2016年風電領域的用量首次位居第一，標志在碳纖維應用中工業領域的用途重要性將會越來越體現出來，而這巨大的貢獻幾乎是一家公司維斯塔斯而為。維斯塔斯公司10多年前幾乎要破產，但他們堅持碳纖維在風電中應用的創新性開發，成功后，短短幾年就躍居到世界第一。汽車作為宇宙第一大產業，不管是行業內還是行業外，大家都比較看重碳纖維在汽車領域的應用。

二、碳纖維在汽車中的應用探索

碳纖維的比強度是鋼鐵的8倍，密度是鋼鐵的1/4，因此輕量化效果明顯。碳纖維直接應用的少，要借助其他材料成為復合材料才行。最初，碳纖維復合材料在汽車中的應用較少，但隨著成本的降低和技術的進步，其應用越來越廣泛。目前汽車中有多種零部件使用了碳纖維復合材料（CFRP），分別有：車身、底盤、車頂、車門、頭蓋、引擎蓋、尾翼、壓尾翼、中控臺、裝飾條、儀表盤、傳動軸、特殊動力傳動系統、座椅、座椅套墊、前擴散器、尾擾流板、后擴散器、后視鏡外殼、懸掛臂、前唇、側裙、側格柵、車用箱包、導流罩、A柱、遮陽罩、散熱器面罩、側護板、低位踏板、副保險杠等外部和車身、內飾和外飾配件等系統。但目前碳纖維在汽車中的應用遇到了一些問題。

1. 價高、工藝受限，難以量產

碳纖維復合材料價格高，使其在汽車上應用具有一定的難度，特別在降本壓力很大的當前。碳纖維復合材料的價格高，除了碳纖維本身價格較高外，其中最大一個原因就是目前的加工方式，導致加工效率低，加工成本高。目前碳纖維復合材料的加工方式是從玻纖復材的工藝而來，加工成本甚至比碳纖維原材料成本還要高，有的甚至高許多倍。同時受加工工藝的局限，不僅成本增加，而且效率較低，難以滿足汽車行業動輒數萬甚至幾十萬車型的需要。

2. 缺乏復材設計經驗及人員

汽車是一個系統工程，碳纖維不是簡單的一個部件就可以解決的。碳纖維復合材料在汽車上的應用，不是人們簡單想象，以為更換一個部件，改成碳纖維材料就OK了，可以減重。汽車是一個系統工程，簡單更換一個部件，可能帶來其他問題，包括共振、聲躁、安全等。汽車企業還缺乏復合材料的設計研發人才和缺少適合汽車用復合材料的設計數據、規范等。

寶馬車型的成功，就是根據碳纖維復合材料的特性，對整車重新進行了設計，才取得了成功。而這個設計能力，國內廠家還比較欠缺。

3. 大汽車廠家處于觀望態度

國內汽車廠家雖然感到碳纖維復合材料在汽車上有應用前景，也有廠家有所動作，但步驟較慢，一方面汽車廠家不太懂碳纖維和復合材料，不熟悉加工工藝，或者說相關工藝的技術還沒有公開，無法通過購買等經濟手段獲得，投資碳纖維汽車有一定風險。另外，汽車生產線都投資巨大，上碳纖維汽車生產線，也有可能使以前的投資縮減甚至無用，因此國內大汽車廠家步驟謹慎，處于觀望態度。

此外碳纖維復合材料在汽車上應用涉及到維修、回收以及保險、政策等，都是需要進一步研究的問題。

三、碳纖維及復合材料在汽車中應用的流派

1. 改裝車和超跑

早期因為碳纖維陽春白雪的高貴身份和高昂價格，使其多用于跑車、賽車等高檔車中,后來也逐漸用于汽車改裝件中。

在這個領域，傳統上有模壓、RTM、熱壓罐工藝進行生產，追求的是藝術品的方式來打造碳纖維復合材料產品，成本和效率不是最終要考慮的問題，而是通過精工細作，做出炫酷的產品。

2. 寶馬及其他

2014年3月日內瓦車展上，寶馬純電動車寶馬i3亮相，這款車型是寶馬汽車i系列旗下的首款量產新車，寶馬官方已經公布i3車型的海外售價34,950歐元起，約合28.3萬元人民幣，年售量在3萬輛以上。寶馬i3量產車型包含多種創新技術，像全碳纖維復合材料制造的乘員座艙模塊以及鋁合金構造的底盤模塊。寶馬i3在乘務艙內大量運用了碳纖維元素，使得這款電動車的整備質量僅為1195公斤，加之蓄電池使其在純電動模式上續航里程可達到160公里。

寶馬i3汽車是碳纖維材料在汽車上實用化的里程碑，其家庭化的價格也一舉打消了碳纖維汽車高不可攀的形象。

寶馬i3的碳纖維乘員艙+鋁合金底盤的新能源汽車的模式，在行業內是一個開創性的工作。在這個車型上，寶馬公司聯合SGL公司用HP-RTM、濕法模壓、預浸料模壓等多種碳纖維復合材料生產工藝，對復材與復材、復材與金屬等連接，以及其他碳纖維復材的應用進行了詳細的研究。寶馬i3的乘員艙重量大約150kg, 碳纖維用量相當可觀。這個車型類似于寶馬在碳纖維復材方面研究的搖籃曲，在此基礎上積累了大量經驗。

隨后寶馬又推出了i8、i7等，并宣布將在7系列推廣碳纖維及復合材料，特別是7系不再追求碳纖維的視覺效應，而是體現碳纖維的本質特性，所以采用了Carbon Core技術，以及多種工藝配合。

寶馬公司通過和SGL的共同合作開發，突破了很多碳纖維復材在汽車上應用的技術門檻，首先實現了碳纖維在汽車上的批量化應用，特別是7系作為寶馬的主流車型，每輛車用碳纖維復合材料在50kg以上（這個用量非常大了）。所以每年統計碳纖維在汽車中的用量，全球八九千噸，一大半以上都是寶馬貢獻的量。

3. 豐田

 “Mirai”是豐田首款量產的氫燃料電池車，如其名，Mirai被豐田汽車視為“未來之車”，于2014年12月15日在日本正式上市。日本市場，Mirai的售價為723.6萬日元，另可獲得200萬日元的補貼，終端售價523.6萬日元（約30.7萬人民幣，這個價格可以碾壓）。這是首款量產的氫燃料汽車，在這款車上，也可以看到很多碳纖維復合材料的身影。

“Mirai”這個車型的開發成功，體現了日本人的一些獨到之處以及他們在碳纖維研究上的優勢，他們把碳纖維復材的輕量化、功能化的特點體現出來，而且避開了常規的鋰電池新能源車的競爭。“Mirai”用到碳纖維復材是纏繞工藝生產氣瓶、模壓工藝的電池堆框架、氣體擴散層等，碳纖維復材用量達到40-50kg，而且這些應用方式很大程度上脫離傳統，走出了自身的特點。隨著“Mirai”計劃今年的年產，碳纖維在汽車上的應用將有一個新的突破，而且30幾萬的價格將對很多新能源車是一個沖擊。

豐田普銳斯是一款很多年前就開發成功的車型，作為混合動力系統奠基者，普銳斯有很多特色。在2017年新款中，三菱麗陽、豐田共同開發碳纖維后尾門。

該碳纖維復材制備的汽車后尾門，不同于傳統的碳纖維工藝，而是三菱開發的PCM工藝，該工藝利用快速固化預浸料作為主體構件，周邊的連接部分利用短纖模塑料，在模具中共同模壓得到。

工藝簡圖

這款復合材料行李箱蓋與之前GT-R上搭載的鋁合金行李箱蓋相比，重量下降了40%，與碳纖維熱壓罐成型產品相比，生產成本降低了50%. 該工藝是一種快速的碳纖維生產工藝，其生產周期大概在2-4分鐘之間，可以實現商業化應用。該工藝的開發成功，甚至使三菱某個常用于預浸料生產的碳纖維型號市場上出現了長時間斷貨。

4. 其他

碳纖維在汽車上的應用還有碳纖維傳動軸和電池箱，傳動軸在汽車上是重要安全部件，因此需要較長時間驗證才能上車。目前有寶馬M系列、阿爾法羅密歐Giulia、奔馳SLS AMG、日產GTR35等車型，量還不是很多。而碳纖維電池箱體是最近兩年新開發的產品，目前還沒有進入實際的商業化中。

四、如何實現碳纖維的不可替代性

碳纖維的特性決定了其在汽車領域具有很好的商業應用前景，但目前的價格也決定需要將碳纖維復合材料用在“刀刃”上，即要體現碳纖維在汽車上應用的不可替代性，同時逐步提升技術，降低成本。而要實現這種不可替代性，就要實現創新性設計。一種方式是體現功能、結構上的特殊性，另外就是工藝上的先進性，這樣就可能實現碳纖維在汽車上功能性的不可替代性，或者綜合成本上的不可替代性。這需要從事復合材料及制品開發及汽車設計、制造的人員互通信息、深入合作，揚長避短，找到適合的材料及工藝，達到共贏。相關的政策、設備、配套的材料等也需要跟上。

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