碳纖維具有其他材料不可比擬的密度、比強度、比模量等全方位力學性能，在實現輕量化的同時還可使汽車的安全性能得到提高，近年來在汽車中的應用比例顯著提升。目前，各大車企也在積極與碳纖維企業展開合作，加快產業布局，搶占車用碳纖維輕量化市場。但是碳纖維作為一種新興的輕量化材料，不可避免的存在一些應用技術問題，汽車材料網有幸邀請到吉利汽車集團領克品牌研究院張雙華與大家分享 國內自主汽車企業如何攻克技術難關。

　　洞察行業趨勢 制定技術標準

　　隨著復合材料技術的不斷進步，碳纖維復合材料在汽車車身、底盤、內外飾、動力系統等多部位都有所應用。目前，國內主機廠應用碳纖維復合材料的量產車型有前途K50、領克03+、Polestar1、長城VV7GT巴博斯等。

　　碳纖維復合材料在汽車外飾上的應用

　　碳纖維復合材料在汽車車身和內外飾上的應用更為廣泛，基于此，張雙華帶頭起草了吉利汽車研究院（寧波）有限公司的《乘用車碳纖維外飾件技術規范》，同時聯合江蘇亨睿碳纖維科技有限公司等單位編制了《乘用車碳纖維外覆蓋件外觀及油漆性能通用標準》行業標準，并于2021年4月發布。該標準是國內個碳纖維外飾件標準，適用于機蓋、翼子板、車門、側圍、行李箱、擾流板等帶碳纖維織物紋理復合材料乘用車外覆蓋件。

　　張雙華認為，該標準定位準確、起點高，技術先進、結構合理，填補了吉利乃至國內乘用車碳纖維外飾件技術規范標準的空白，為碳纖維復合材料在汽車外飾件上的廣泛應用提供科學指導。對于規范碳纖維復合材料應用在汽車外飾件的生產，統一產品的各項技術及性能指標，有實際的指導意義。該標準的實施，可以被碳纖維復合材料外飾件的生產單位、汽車廠家、質量監督和檢測單位等廣泛采用，將有利于指導碳纖維復合材料應用在汽車外飾件的生產、使用、運輸、儲存、檢測和管理，有利于碳纖維復合材料外飾件產品質量管控和提高企業技術水平，有利于碳纖維復合材料外飾件產品推廣應用和提高市場競爭力。

　　創新制造工藝 應對技術難題

　　關于乘用車外飾件的碳纖維材料加工工藝。張雙華介紹：目前無論是高端性能還是售后改裝市場，采用的熱壓罐工藝較多。如果產品的曲面簡單，對裸露碳纖維紋理要求不高，可采用模壓工藝。對于只做十幾套樣品的情況，可采用真空導流工藝。

　　上述三種工藝，僅適用于小批量的生產，用于批量生產，生產周期是它的瓶頸。對于一些造型曲面復雜、外觀質量要求高的汽車零部件（如尾翼、前唇、后擾流等），采用熱壓罐工藝24小時多只能生產3套。為了提高產能，張雙華團隊正在研究一種新的模內固化成型工藝，在產品相同的情況下，相比于熱壓罐工藝，平均每天產能可以提高一倍以上，該工藝目前已在試制階段。

　　除了制造工藝，碳纖維復合材料在汽車上的應用上也普遍存在一些質量問題，例如黃變、縮孔等。針對這些問題，張雙華團隊也有其獨特的解決方式。

　　黃變問題

　　碳纖維本身并不會出現黃變和縮孔，但為了提高后續制件性能，碳絲編制成碳布后，需要涂敷樹脂或預浸樹脂，目前常用的樹脂是環氧樹脂，其自身存在固化物黃變的化學特性。

　　環氧樹脂的固化物黃變現象主要途徑有光氧化，熱氧化，水解、析出，未完全固化等。比如固化物以及固化物中添加劑的析出，通過光降解與熱降解產生黃變。環氧組合料中，無論再完美的配方，都無法百分百做到完全固化。這種未完全固化的產物，都會有微量的環氧基殘留，這時候的環氧基中的苯醚鍵、環氧基的β鍵碳鍵以及分子骨架的苯環都很容易被氧化成羰基以及不飽和的烯烴鍵，這兩類化學鍵都容易進一步被氧化發色。其主要機理是通過親核自由基攻擊在環氧碳-碳主鏈中形成熱氧化羰基而發生變黃。環氧樹脂中羰基的氧化形成是黃變的原因，且這種黃變是不可逆的。

　　此外，雙氰胺的固化產物，氮元素本身就屬于低價態的缺電子形態，容易與其他化學鍵形成共享電子對，因此固化物的三級氨、未完全固化的二級氨以及氰基鍵，都容易氧化變色。

　　為了克服黃變問題，吉利在預浸料樹脂上做了大量的分析研究工作，收效甚微。后研究人員改變策略，通過成型后的產品表面處理來解決這一問題，也就是通過改進涂層的油漆配方。

　　縮孔問題

　　由于外飾件采用斜紋預浸料，成型后樹脂并沒有完全填實編織布的格子間隙，產品成型后直接進行噴砂打磨，隨后進行表面噴漆。受環氧樹脂的特性和環境溫度的影響，通過高溫固化成型后，經過一段時間，固化物分子鏈也會相對運動。因此隨著時間和溫度的變化，終編織布的格子縫隙就慢慢地顯現出來了。

　　為了克服這一問題，固化成型后，產品在80°以上的溫箱中存放一定的時間，讓產品有充足的時間后固化。之后再進行噴砂打磨等后續工作，就能解決縮孔問題。

　　提升汽車品質 引領行業前行

　　碳纖維材料可以說是尖端材料的代名詞，有著“黑色黃金”的美譽。我們比較熟悉的是其在高端性能車和改裝車上的使用。除此之外，碳纖維復合材料也會應用在諸如飛機、高鐵及軍工產品等工具上。

　　領克03+是一款主打運動和個性的緊湊型轎車，搭載碳纖維材料運動外觀套件，讓消費者體驗跑車般的奢華體驗。領克03+發預售僅3秒就全部售罄，上市之后令市場大為震撼。受此影響，許多汽車主機廠紛紛開始嘗試將碳纖維復合材料應用在汽車外飾上。領克03+采用碳纖運動外觀套件，給國內汽車主機廠起到引領作用，推動碳纖維復合材料在國內汽車應用的發展。張雙華表示，“未來，我們會有更多的車型和更多的零部件采用碳纖維材料，敬請各位期待！”

　　專家介紹

　　張雙華，主任工程師，任職于吉利汽車集團領克品牌研究院，2016年加入吉利汽車，統籌遠景X3整車外飾的設計開發和產品驗證工作。2017年加入領克汽車，主導領克03+外飾開發工作，特別是攻克了碳纖維在汽車外飾上應用的多項行業技術難題，使碳纖維材料應用在汽車外飾滿足了車規級要求。03+運用碳纖維的成功，給國內汽車主機廠帶來領引作用，推動碳纖維材料在國內汽車應用的發展，是碳纖維材料在汽車行業應用的里程碑事件。創造了國內個碳纖維外飾行業標準。入職吉利汽車之前，在上海愛達克車輛設計有限公司從事車輛設計和管理6年。并于2003年~2010年期間在上海瑞爾實業有限公司負責汽車零部件生產管理和模具生產管理工作。擁有豐富的產品設計、模具設計、生產管理和產品開發管理經驗。