四十多年來，碳纖維生產(chǎn)商一直關(guān)注著汽車行業(yè)市場(chǎng)，碳纖維在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用也時(shí)有耳聞，但大規(guī)模應(yīng)用的前景卻一再未能實(shí)現(xiàn)。碳纖維最早在汽車領(lǐng)域里的應(yīng)用是1984年福特公司推出的Econoline全尺寸廂式貨車，碳纖維用于其纖維纏繞傳動(dòng)軸，年產(chǎn)量約為40000輛。然而三年未到，這個(gè)貨車就被淘汰，成本過高是其直接原因。在隨后的幾十年里，碳纖維軸已經(jīng)在生產(chǎn)廠商的平臺(tái)上陸續(xù)出現(xiàn)，但仍然是體量相對(duì)較低的產(chǎn)品。21世紀(jì)初，隨著一系列超跑的興起和跑車?yán)么罅康蛢r(jià)碳纖維的優(yōu)勢(shì)，碳纖維在汽車領(lǐng)域的興奮度才出現(xiàn)增長(zhǎng)事態(tài)，但是仍未轉(zhuǎn)化為主流車輛的應(yīng)用。

2013年，BMW推出了碳纖維密集型 i3和i8系列產(chǎn)品，同時(shí)為滿足纖維和部件需求還建立了專門供應(yīng)鏈，業(yè)界期待社會(huì)上其余生產(chǎn)廠商也能陸續(xù)跟進(jìn)效仿，然而并沒有。2015年，BMW在其主流7系列中引入“碳核心”多材料理念，獲得了業(yè)界內(nèi)的一致贊譽(yù)。從業(yè)人員認(rèn)為這是引發(fā)碳纖生產(chǎn)的特定部件廣泛普及所需的突破口。這一概念已在BMW即將推出的iXSUV上取得了進(jìn)展。但BMW是個(gè)例外，而不是常規(guī)態(tài)勢(shì)。2017年巴黎JEC 世界展覽會(huì)上，我們注意到參展的車輛中至少有十幾個(gè)B柱原型是采用全碳纖維或碳/鋼混合材料，這是碳纖維在汽車中的“殺手級(jí)應(yīng)用”。一些生產(chǎn)商已經(jīng)開始部署這項(xiàng)技術(shù)，但仍然沒有真正在全球范圍內(nèi)流行起來。最后，還是需要付諸更多努力來降低成本，以便這種應(yīng)用能夠直接戰(zhàn)勝全鋼解決方案。

2021年11月在鹽湖城舉辦的CompositesWorld碳纖維會(huì)議上，行業(yè)顧問Dan Pichler和Tony Roberts指出寶馬i3平臺(tái)即將結(jié)束生產(chǎn)，隨之而來的是汽車行業(yè)碳纖維用量的顯著下降。他們還強(qiáng)調(diào)，目前沒有“已宣布”的大規(guī)模碳纖維汽車項(xiàng)目，并預(yù)測(cè)到2026年汽車領(lǐng)域里碳纖維只有2.4%的年復(fù)合增長(zhǎng)率，主要用于賽車運(yùn)動(dòng)、定制和小批量平臺(tái)的生產(chǎn)。

唯有等待時(shí)機(jī)。近幾年，全球倡導(dǎo)的碳中和理念和汽車輕量化的需求，汽車的內(nèi)燃機(jī)（ICE）已逐漸向電池電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)大規(guī)模轉(zhuǎn)移。鑒于電池的額外重量，降低汽車本身重量是不是變得更加重要？這難道不是預(yù)示著對(duì)碳纖維的巨大需求嗎？對(duì)于第一個(gè)疑問，答案是肯定的，減少車輛質(zhì)量仍然非常重要。但對(duì)于第二個(gè)問題，碳纖維仍然只是一個(gè)參考因素，前提是它具有成本效益。在汽車生產(chǎn)廠商那里，仍然有多種辦法去降低汽車部件重量，比如用鋁代替鋼，碳纖維并不是唯一解決方案。

近期，業(yè)界對(duì)于將復(fù)合材料應(yīng)用于電池電動(dòng)車（BEV）輕質(zhì)電池外殼引發(fā)起濃厚的興趣。2021年11月由美國(guó)塑料工程師協(xié)會(huì)舉辦的汽車復(fù)合材料會(huì)議和展覽會(huì)上就證實(shí)了這一點(diǎn)，針對(duì)這個(gè)主題的演講主要集中在玻璃纖維外殼上。這些外殼比金屬輕，并能以有競(jìng)爭(zhēng)力的成本優(yōu)勢(shì)集成所需的熱、可燃性和電磁干擾屏蔽功能。

雖然碳纖維在汽車應(yīng)用領(lǐng)域里的前景并不明朗，但高體積分?jǐn)?shù)碳纖維結(jié)構(gòu)的替代品仍繼續(xù)顯示出其良好的經(jīng)濟(jì)性。目前，越來越多的的卡車平臺(tái)采用了由抗紫外線的玻璃纖維板成型化合物（SMC）制成的復(fù)合材料床。IACMI（美國(guó)）與Volkswagen of American（美國(guó)）合作的一個(gè)項(xiàng)目展示了一種玻璃纖維SMC SUV升降門。它比鋼輕36%，經(jīng)常性成本降低9%。另一個(gè)IACMI項(xiàng)目表明，與純PA/PPE工程熱塑性塑料相比，在聚丙烯中加入10%段切可再生碳纖維可使注塑件重量減輕40%，零件成本減輕30%。這不僅指出了再生碳纖維的機(jī)會(huì)，也為由紡織PAN和煤焦油瀝青等低成本前驅(qū)體制成的纖維提供了機(jī)會(huì)。

傳統(tǒng)碳纖維在汽車中的應(yīng)用是否走到了盡頭？不完全是，但不要指望像BMW i3這樣的碳纖維密集型汽車會(huì)在大規(guī)模生產(chǎn)中回歸。期冀以 10 美元/磅（22 美元/千克）的成品成本去實(shí)現(xiàn) 50% 纖維體積的碳纖維結(jié)構(gòu)組件本身就是一條艱巨且狹窄的道路，這還需要在整個(gè)制造鏈上進(jìn)行改進(jìn)。在不久的將來，我們期待看到碳纖維（可能是拉擠成型）用作混合包覆成型結(jié)構(gòu)（包括結(jié)構(gòu)電池外殼）中的加強(qiáng)元件，其中玻璃纖維增強(qiáng)聚合物構(gòu)成平衡。

復(fù)合材料在汽車市場(chǎng)上有著廣闊的前景，以玻璃纖維為主導(dǎo)，傳統(tǒng)碳纖維的應(yīng)用進(jìn)一步增強(qiáng)。對(duì)于再生碳纖維和通過可替代前驅(qū)體制成的纖維供應(yīng)商來說，機(jī)會(huì)空間要大得多。

本文由中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)綜編，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)。