【汽車】汽車輕量化領域用碳纖維復合材料的關鍵技術
1981年，邁凱輪（McLaren）向F1賽車中引入了上個碳纖維外殼材質的一級方程式賽車，在激烈競賽期間，邁凱輪輕量化的車重并提高操控性能具有開創性。
Formula 1成為碳纖維的早采用者，但該技術很快轉移到了高性能公路車上。1992年邁凱輪F1的批賽車，隨后是蘭博基尼和法拉利。
在過去的二十年中，碳纖維已進入生產中的幾乎所有超級跑車，超級跑車和豪華跑車。
McLaren MP4/1
CFRP被廣泛用于高端市場–賽車，超級跑車和高檔跑車領域中。在這些細分市場中，汽車性能是關鍵因素。 輕量化、降低排放、操控性以及外部結構美學成為碳纖維在汽車領域應用的動力。
碳纖維常用于包括主體框架結構，車頂結構，內部和外部車身面板等的組件中。材料的大部分以預浸料形式提供，但在某些情況下使用HP-RTM工藝。
碳纖維在汽車框架中應用
近幾年來，由于行業驅動以及設備制造商尋求推進其CFRP集成等因素驅動，CFRP已經出現由高級乘用轎車向中型車輛發展的趨勢。如下圖所示：
乘用車開始采用碳纖維材料
汽車用碳纖維產業發展與挑戰
乘用車預計將以2.8％的復合年增長率增長，預計到2020年汽車產量將突破1億輛；其中將繼續是大的市場，而且也是增長快的市場，歐洲和北美將保持相對平穩。
乘用車市場發展趨勢
與乘用車高速發展趨勢相反，利用石油或柴油尤其是柴油發動機為動力的乘用車銷售將大幅下降，以EV / PHEV為代表的新能源汽車復合年增長率預計將大幅增長35％，快的成長期2025 -2030。
不同類型乘用車市場發展趨勢
汽車行業正在快速發展，而未來主要驅動因素取決于：
立法–政府日益設嚴格的（零）排放目標；
環境–社會責任正在影響買方的決定；
運營成本–石油燃料價格正在增加擁有成本；
電動動力總成–范圍是電動汽車銷售的大障礙之一，質量越輕，范圍越大；
安全性–強度，剛度和撞擊時改善的能量吸收；
設計自由–嵌入式傳感器，功能改進，以及多種材料集成；
駕駛經驗–消費者要求增加連接性，自動駕駛。
汽車行業發展趨勢對碳纖維復合材料提出了挑戰：
成本–是大量采用CFRP的大障礙；
產能–擴大規模需要大量資金；
循環次數–需要CFRP的超低循環時間才能滿足生產率要求；
質量保證–可重復，低PPM故障等級；
可回收性–報廢/再利用是許多/地區的法規要求；
集成–多材料解決方案將需要金屬和塑料之間的有效兼容性；
數據庫體系–汽車工程師需要良好的材料數據來支持零件設計。
針對上述CFRP在汽車工業領域應用面臨挑戰，主要解決方案包括：
材料解決方案– CFRP不能適合所有組件，而是在正確的位置使用正確的材料；
制造設計–培訓汽車工程師如何針對CFRP與金屬進行設計；
材料創新–降低成本至關重要，價格差異必須與價值差異相匹配；
工藝創新–要實現時間/轉換成本目標，需要重大技術進步；
穩健供應鏈–能夠跨多個零件（T1 / T2 / T3）供應> 200,000個單位。
汽車用碳纖維復合材料關鍵技術
針對碳纖維復合材料進行設計，而不能落入金屬材料的套路中，這意味著需要：減少零件數量/簡化設計、增加曲率和拔模角度、樹脂流動設計/低循環時間、考慮粘接要求和零件集成、盡量減少浪費并在可能的情況下進行設計、為零件選擇正確的處理方法、協作以改善結果。
關鍵技術一：TP成型技術及應用
將CFRTP與注塑成型相結合，可以提高組件強度，剛度和功能性的結構，而且能夠以合理的成本生產大量產品，該技術主要適用于非結構和半結構零件–非底盤，副車架等，生命周期可回收優勢。
關鍵技術二：HP（hot press）-RTM & LCM技術及應用
該技術曾被視為所有汽車應用的選解決方案，然而事實證明它更適合于汽車主要結構部件，例如底板，電池盒，支撐柱和車頂結構；成本仍然是該技術獲得廣泛應用的大障礙。
目前，一些新的重大項目仍然采用該技術，通常選擇液體壓縮模塑，在該技術中良好的設計和預成形工藝對可行性至關重要，比較適合大批量生產。
關鍵技術三：熱壓成型技術及應用
該技術廣泛使用的方法是與大型預浸料相結合，具有良好的視覺效果，適用于非結構、半結構和結構零件，常用的增強材料類型包括單向預浸料、編織物、NCF等，但是面臨著批量生產的挑戰。
關鍵技術四：SMC技術及應用
近年來，片狀模塑材料（SMC）獲得了廣泛的關注，并且在未來十年內有可能成為汽車用CFRP主要技術，其優勢在于快速成型和低成本，但缺點也比較明顯，機械性能較低，因此主要適合一些對強度要求不高零部件，典型代表為豐田普銳斯。
關鍵技術五：ATP技術
Tape placement技術是新興技術，但由于具有精確的材料放置創造出優化的零件、極低浪費、節省成本、無需預成型、柔性樹脂系統等優勢，應用前景十分廣泛，但其主要缺點在于成型速度較慢。
汽車工業碳纖維復合材料的新技術
隨著汽車工業發展，為了汽車用碳纖維復合材料發展趨勢包括：低成本碳纖維，例如Oak Ridge的300/600K大絲束碳纖維；改善纖維上漿的化學性能，實現界面粘合和樹脂相容性；更快的固化周期；實現材料標準化等等。
此外，Sigmatex公司也提出一點碳纖維織物的發展，下面將結合該公司研發新技術進行闡述。
碳纖維材料新技術一：可視碳技術
可視碳是當今CFRP汽車市場主要細分市場之一，該技術主要源自于消費者和設計師都對碳纖維斜紋編織物感到厭倦，因此，希望通過更具創意的設計來提高人們的興趣（如下圖所示）。
碳纖維材料新技術二：超低重量UD膠帶
主要包括纖維鋪展技術、大批量高速率制備技術、面積重量40 –200gsm、膠帶寬度18 –120mm、自動化鋪帶技術，并可提供高強型/中模型等纖維材料。
碳纖維材料新技術三：平幅針織物
Sigmatex開發的一種新穎的編織工藝，能夠生產平織物：覆蓋系數提高、經紗和緯紗都“鋪開”并平放（無捻）、高強型和中模型碳纖維均可用、面積重量從195 –280gsm；由于增加了纖維排列和絲束分布，提供了改進的機械性能，并具由一定美觀性。
