汽车工业正经历着一场前所未有的变革。随着对环境友好性和能源效率的要求不断增加，汽车制造商们正在寻找创新的材料和技术来驱动未来的汽车发展。而在这个新的时代中，碳纤维复合材料崭露头角，成为推动汽车工业向前迈进的未来之力。

碳纤维复合材料是由纤维素纤维和环氧树脂等高性能树脂组成的复合材料。与传统的金属材料相比，它具有极高的强度和刚度，并且兼具轻质化、耐腐蚀性和设计自由度等优势。这些特性使得碳纤维复合材料在汽车制造中具备了革命性的潜力，可以为汽车提供更轻量化、更安全、更高效的解决方案。

然而，事实上碳纤维材料并未在新能源汽车领域实现大规模运用，这是为什么呢？碳纤维材料行业企业该如何着手，才能在新能源汽车大规模应用上有所突破？

新能源汽车景气度有望持续提升

今年5月14日，国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推进充电基础设施建设 更好支持新能源汽车下乡和乡村振兴的实施意见》，提出创新农村地区充电基础设施建设运营维护模式，支持农村地区购买使用新能源汽车，推进了以城市为消费主体的新能源汽车市场进一步向乡村市场延伸。今年6月19日，财政部、税务总局、工业和信息化部公告延续和优化新能源汽车车辆购置税减免政策。利好政策的不断颁布与推进，新能源汽车行业景气度有望持续提升。中汽协数据显示，今年1—5月，新能源汽车销量达到294万辆，同比增长46.8%，新能源车销量保持持续快速增长。乘用车市场信息联席会综合预估，2023年全国新能源乘用车销量将达到850万辆，年度新能源车渗透率有望达到36%。新能源汽车产业发展持续向好的同时，“里程焦虑”问题依然存在，产业还需扫清续航里程较短的发展障碍。

“里程焦虑”掀起新能源汽车“瘦身革命”

根据德勤咨询管理有限公司对全球消费者关于新能源汽车的一份调查报告显示，在不愿意购买纯电动车的人群中，中国、德国、美国都有超过20%的受访者认为“续航里程焦虑”是最大因素。相关研究表明，整车重量每降低10kg，续航里程可增加约2.5km，新能源车动力系统通常占整车总质量的30%～40%，导致纯电车比传统燃油车更重，因此减轻整车质量对新能源汽车尤为重要，必须采取比传统意义上的轻量化技术更先进的方法和措施。材料、结构、工艺轻量化是新能源汽车减重三大着力点，轻量化材料的应用是实现汽车轻量化最基础也是最核心的手段，因此新能源车需选取重量更轻、性能更好的轻量化材料。

碳纤维复合材料的特性与优势

碳纤维复合材料具有轻质高强度的特性，重量远远轻于传统的金属材料，却能提供更高的强度和刚度。这使得汽车制造商不仅可以降低车辆的整体重量，还能在保持结构强度的同时提高燃油效率。

相比于金属材料，碳纤维复合材料不容易受到化学物质和湿气的侵蚀，延长了汽车的使用寿命。此外，它的疲劳性能优秀，能够承受长期连续使用而不发生变形和疲劳断裂。这不仅减少了汽车维护和更换零部件的成本，还为消费者提供了更加可靠和持久的车辆。

碳纤维复合材料可以根据设计师的要求进行自由形状和结构设计，而不受传统材料的限制。这种设计自由度带来了无限的可能性，使得汽车外观更加个性化，内饰更加舒适，并且可以满足不同消费者的需求。与此同时，由于碳纤维复合材料的可塑性，它可以灵活地应用于各种形状和部位，如车身、车顶、车门、底盘和内饰等，从而提供更加灵活多样的车型选择。

在制造过程中，与传统的金属制造相比，使用碳纤维复合材料所需的能量更少。与使用传统材料相比，由于碳纤维复合材料的寿命更长，减少了车辆报废和废弃物对环境造成的影响。更重要的是，碳纤维复合材料可以进行回收和再利用，实现资源的循环利用，降低环境污染和能源消耗。

在新能源车上的轻量化应用

1981年，迈凯轮（McLaren）向F1赛车中引入了世界上第一个碳纤维外壳材质的一级方程式赛车，在激烈竞赛期间，迈凯轮轻量化的车重并提高操控性能具有开创性。

Formula 1成为碳纤维的最早采用者，但该技术很快转移到了高性能公路车上。1992年迈凯轮F1的第一批赛车，随后是兰博基尼和法拉利。

在过去的二十年中，碳纤维已进入生产中的几乎所有超级跑车，超级跑车和豪华跑车。

据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》预测，2026—2030 年，我国将实现整车减重35%，实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用。目前碳纤维复合材料主要应用于车身、汽车刹车、轮毂、传动系统、汽车内饰及电池箱体等。

目前国内新能源汽车用碳纤维复合材料仍处于发展初级阶段，未能实现大规模运用，主要在于原材料成本和零部件制作工艺尚未实现有效突破。

生产成本方面，由于碳纤维合成工艺复杂，包括聚合物合成、高温炭化和高压复合等多个步骤，每个步骤都需要较高的技术精密度，而目前国内还没有成熟的制造工艺及设备，导致其成本高昂，是钢材或铝材成本的数倍。出于成本考量，车企在一般车型中几乎不考虑使用碳纤维复合材料。

零件制作方面，目前国内缺乏大批量、高生产效率的碳纤维汽车零部件的生产工艺与方法，尚未形成碳纤维零部件设计准则、评价标准与数据库，缺乏相关设计数据、试验方法、分析工具、碰撞模型等，导致难以大批量生产碳纤维材料汽车零部件，限制了其在新能源汽车中的运用。

汽车用碳纤维复合材料关键技术

针对碳纤维复合材料进行设计，而不能落入金属材料的套路中，这意味着需要：减少零件数量/简化设计、增加曲率和拔模角度、树脂流动设计/低循环时间、考虑粘接要求和零件集成、尽量减少浪费并在可能的情况下进行设计、为零件选择正确的处理方法、协作以改善结果。

关键技术一：TP成型技术及应用

将CFRTP与注塑成型相结合，可以提高组件强度，刚度和功能性的结构，而且能够以合理的成本生产大量产品，该技术主要适用于非结构和半结构零件–非底盘，副车架等，生命周期可回收优势。

关键技术二：HP（hot press）-RTM & LCM技术及应用

该技术曾被视为所有汽车应用的首选解决方案，然而事实证明它更适合于汽车主要结构部件，例如底板，电池盒，支撑柱和车顶结构；成本仍然是该技术获得广泛应用的最大障碍。

目前，一些新的重大项目仍然采用该技术，通常选择液体压缩模塑，在该技术中良好的设计和预成形工艺对可行性至关重要，比较适合大批量生产。

关键技术三：热压成型技术及应用

该技术最广泛使用的方法是与大型预浸料相结合，具有良好的视觉效果，适用于非结构、半结构和结构零件，常用的增强材料类型包括单向预浸料、编织物、NCF等，但是面临着批量生产的挑战。

关键技术四：SMC技术及应用

近年来，片状模塑材料（SMC）获得了广泛的关注，并且在未来十年内有可能成为汽车用CFRP主要技术，其优势在于快速成型和低成本，但缺点也比较明显，机械性能较低，因此主要适合一些对强度要求不高零部件，典型代表为丰田普锐斯。

关键技术五：ATP技术

Tape placement技术是新兴技术，但由于具有精确的材料放置创造出优化的零件、极低浪费、节省成本、无需预成型、柔性树脂系统等优势，应用前景十分广泛，但其主要缺点在于成型速度较慢。

如何进一步突破

要实现碳纤维材料在新能源汽车领域的大规模运用，首先要解决的就是原材料成本高的问题，可从原料替代和工艺改善两个方面实施突破。

原料方面，由于传统碳纤维前驱体——PAN原丝生产成本约占碳纤维成本一半，因此业内主流考虑以木质素作为碳纤维前驱体的原材料或采用纺织品级PAN纤维作为碳纤维前驱体原料，以实现有效降本。工艺方面，当前碳纤维主流制备工艺包括湿法纺丝和干喷湿纺两种，干喷湿纺可以进行高倍的喷丝头拉伸，纺丝速度高，可有效降低生产成本。

此外，碳纤维制造商、碳纤维复合材料供应商、新能源车零部件厂商与新能源整车制造商之间应相互协作，建立碳纤维复合材料在新能源车上应用的系统解决方案，共同开发碳纤维汽车零部件，确立碳纤维零部件设计准则、评价标准，建立相应数据库，共同推进碳纤维材料汽车零部件制作工艺与方法的突破。

文章来源： 小志一直说，中国建材报，复材云集