根据美国能源部（Department of Energy，DOE）国家能源技术实验室（National Energy Technology Laboratory，NETL）于8月30日公布的资讯显示，由克莱姆森大学(Clemson University)领导的一个研究小组与NETL合作，利用碳纤维、热塑性树脂和最先进的计算机设计技术，开发出了一种轻量化车门，在满足联邦安全要求的同时提高了燃油效率。

汽车轻量化作为有效的节能和环保措施，在未来十年来成为汽车行业大力发展的趋势，其中碳纤维复合材料在轻量化上有极大的优势将作为节能和新能源汽车领域的重要发展方向。

1 碳纤维复合材料力学性能

新材料碳纤维具有优异的力学性能，较高比重、强度和模量，在满足相同性能下，具有较大的减重空间，同时也可减少装配零件数量。在碳纤维结构分析中，定义任一层压板的力学性能，都能表示成等价的均匀各项异性板元或壳元，运用层压板的中面应变和曲率理论确定各层的应力。

2 碳纤维复合材料汽车前车门设计

碳纤维复合材料在汽车车门中已开始应用，通过结构设计和铺层优化在满足性能和装配的前提下可实现车门大幅减重。技术方案为内外板集成部分零件，简化结构特征，取消工艺孔，实现减重目的。

3、符合轻量化的未来

轻量化一直是汽车工业发展的关键方向之一，而碳纤维作为一种轻质高强度的先进材料，为轻量化设计提供了有力支持。采用碳纤维制造汽车车门，相比传统金属车门，重量可以大幅减少，从而提高汽车的燃油经济性、悬挂系统的响应速度以及整体行驶性能。这不仅符合环保理念，还为驾驶者带来更加轻盈愉悦的驾驶体验。

4. 强度与安全的兼顾

虽然碳纤维材料轻盈，但其强度却丝毫不逊色。碳纤维车门能够在高速碰撞等极端条件下保持稳定性，为驾驶者和乘客提供更可靠的保护。其高强度和刚性使得车门能够有效分散和吸收碰撞时产生的能量，减轻事故带来的影响，大大提高了车内的安全性。

5. 抗腐蚀与耐久

传统金属车门容易受到腐蚀的影响，特别是在潮湿或恶劣的环境下。然而，碳纤维材料本身具有出色的抗腐蚀性能，使得汽车车门能够更好地保持其外观和性能，延长使用寿命。

6. 节能环保的前景

采用碳纤维车门的轻量化设计有助于减少能源消耗，降低尾气排放，推动汽车行业迈向更加环保和可持续的未来。这符合全球范围内对于可持续发展和环境保护的日益增强的需求。

碳纤维将一扇钢制车门的重量减轻了32%

根据美国能源部（Department of Energy，DOE）国家能源技术实验室（National Energy Technology Laboratory，NETL）于8月30日公布的资讯显示，由克莱姆森大学(Clemson University)领导的一个研究小组与NETL合作，利用碳纤维、热塑性树脂和最先进的计算机设计技术，开发出了一种轻量化车门，在满足联邦安全要求的同时提高了燃油效率。

根据结果显示，研究团队将一扇钢制车门的重量减轻了32%，然后对车门进行了一系列测试，以确保其符合联邦机动车安全标准和另一个项目合作伙伴本田制定的安全要求。

NETL项目经理David Ollett表示，这种轻型新车门的开发意义重大，因为它可以在不降低性能的情况下，帮助汽车制造商制造安全、更轻、使用更少燃料、产生更少排放的车辆。

根据DOE汽车技术办公室的数据，车辆重量减少10%可以带来6%至8%的燃油经济性改善，因为更轻的车辆加速所需的能量更少。此外，汽车技术办公室表示，到2030年，在四分之一的美国汽车中使用由先进材料制成的轻质部件和高效发动机，每年可节省50多亿加仑的燃料。

克莱姆森大学与本田北美公司、特拉华大学、朗盛和Proper Tooling的合作伙伴合作，重新设计了一个基础钢车门。新设计采用了碳纤维和热塑性塑料面板和加强筋，并结合了精选的高强度钢和铝部件。碳纤维织物的使用使门板的厚度和强度能够根据设计需求进行专门定制，这在使用冲压金属板时通常很困难。

使用优化的加固内外门板将车门的结构部件从17个减少到8个，每扇门可节省22磅（约10kg）。Ollett指出，减轻轻型乘用车的重量对于提高汽车应对气候变化的效率至关重要。通过使用这项技术，每辆车可以减少88磅（四个门，4×22磅，约40kg）。

最大限度地提高门的可回收性

项目的另一个目标是最大限度地提高门的可回收性，以满足欧洲的可回收标准。通过使用碳纤维热塑性基体，复合材料部件可以被研磨成模塑化合物，再熔化，并以与钢和铝相同的方式在新部件中重复使用。

研究团队开发的轻型车门经过了多次静态测试和关键安全测试，包括侧面碰撞测试，以确定侧面碰撞的性能。公路安全保险研究所报告称，在2020年的交通事故中，侧面碰撞事故占车辆乘员死亡人数的23%。测试由本田北美公司在俄亥俄州哥伦布附近的研究中心进行。

碰撞测试包括一个3015磅重（约1367kg）的雪橇以38.5英里/小时（62公里/小时）的速度撞击静止试验车辆的侧面。测试证明了车门能够承受并最大限度地减少对车辆驾驶员区域的入侵。

这项近8年的研究工作的总项目成本为536万美元，其中225万美元由DOE提供，311万美元由项目团队提供。NETL提供技术程序监控和管理。

NETL是美国能源部下属的一个国家实验室，致力于推动创新，为环境可持续和繁荣的能源未来提供技术解决方案。通过利用其世界级的人才和研究设施，NETL正在确保经济性好、丰富可靠的能源，以推动强劲的经济和国家安全，同时开发在整个生命周期内管理碳的技术，实现环境可持续性。

碳纤维汽车车门作为一项创新的材料应用，以其轻量化、高强度和安全性能，正为汽车设计带来了新的突破。它不仅改变了汽车的外观和性能，还为驾驶者和乘客提供了更高水平的安全保障。随着碳纤维技术的进一步发展和成本的逐渐降低，我们有理由相信，碳纤维汽车车门将在未来的汽车制造中发挥越来越重要的作用，驾驶着我们走向更加安全、环保和创新的汽车未来。

文章来源： 碳材料科技，钱鑫博士，herahera