由于碳纖維復合材料具有質(zhì)輕、比強度高、設計自由度高、集成性強等優(yōu)點，碳纖維復合材料逐漸成為汽車輕量化材料的新寵。在不久前的2014年北京車展上，碳纖維成了各種豪車之外的另一個主角。布加迪Black Bess傳奇限量版采用全黑色碳纖維打造，科尼賽克One：1跑車車身配有碳纖維輪圈。

通常情況下，車身自重約消耗70%的燃油，因此降低汽車油耗的首要問題就是減輕汽車自重。日本的碳纖維制造協(xié)會曾經(jīng)做過一個關于碳纖維生命周期的測試，采用碳纖維加固的汽車因減輕了自身重量，不僅燃料應用效率極大提高，而且間接地降低了二氧化碳排放，作為環(huán)保材料的碳纖維受到全世界的關注。圍繞“碳纖維汽車”，全世界的汽車企業(yè)展開了激戰(zhàn)，國際碳纖維巨頭也紛紛擴能，搶占這一具有巨大潛力的市場。

中國新材料技術協(xié)會會長、全國特種合成纖維信息中心主任羅益鋒認為，今后CFRP(碳纖維增強復合材料)需求增長最快的將是汽車工業(yè)，預計到2020年的消費量將接近于航空航天與軍工領域(約23000噸)。而我國碳纖維生產(chǎn)企業(yè)由于自身實力上的差距，目前鮮少涉足汽車用領域，唯有跨越式發(fā)展才可能把握住“汽車機會”。

車用碳纖維需求有望激增

近年來，碳纖維復合材料在汽車上的應用部位不斷擴大。2010年豐田上市的跑車雷克薩斯LFA全面采用CFRP制造車體，成為了關注的焦點，但其價格也創(chuàng)下了日本國產(chǎn)車中最高的3750萬日元。其后，寶馬集團通過開發(fā)多種技術提高生產(chǎn)效率，終于將CFRP成功地應用于量產(chǎn)車。

寶馬的碳纖維原絲供應商是日本三菱麗陽。自2012年以來，三菱麗陽不斷擴大碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，收購了日本CFRP零件制造商Challenge公司等多家企業(yè)，并計劃2014年度以后增加美國工廠的設備，將年生產(chǎn)能力在現(xiàn)有約1萬噸的基礎上擴大到2萬噸，將向作為主要客戶的寶馬汽車公司(BMW)擴大供貨。

寶馬公司還與汽車碳纖維生產(chǎn)商SGL Carbon(SGL)合作計劃投資逾1億歐元，將碳纖維產(chǎn)量從每年3000噸提高到6000噸，用來滿足不斷增長的寶馬i系列電動汽車的市場需求，并同時應用在預計將于明年底上市的寶馬7系車上。

日本東麗集團于去年9月斥資近700億日元，收購了世界碳纖維排名第三的美國卓爾泰克公司(Zoltek)，藉此一躍成為全球最大的碳纖維供應商，將產(chǎn)品全球份額提高到30%。而全球第二大碳纖維廠商日本帝人則與美國通用汽車在碳纖維技術利用方面展開了合作，預計2014年將在美國新建工廠，并面向量產(chǎn)車供應碳纖維。

強強聯(lián)手研發(fā)成主流

因為需求增加，在汽車行業(yè)的應用成為各大碳纖維廠商加緊研發(fā)的重點，相關碳纖維復合材料生產(chǎn)技術不斷獲得新的突破。

碳纖維是將丙烯等纖維在無氧狀態(tài)下“蒸烤”炭化制成。把碳纖維在平面上排列或編織成片，再用樹脂加固之后才能成為CFRP。飛機等使用的CFRP在成型時，要在專用釜中加熱加壓，使構件硬化。這樣做雖然可以獲得極高的強度，但成型需要若干小時，而且成本高昂。寶馬i3使用的CFRP采用了無須加壓加熱的新工藝——RTM(樹脂傳遞模塑)，即把預成型的碳纖維布放入模具，高壓注入樹脂，使纖維與樹脂結合，可在10分鐘以內(nèi)成型。

為實現(xiàn)汽車車輪的的輕量化和高強化，三菱麗陽與車輪生產(chǎn)廠家ENKEI公司共同開發(fā)CFRP與鋁合金相粘接的車輪，CFRP壓縮成型時間可縮短至10分鐘左右。日本CFRP生產(chǎn)廠家UCHIPA公司導入了CFRP自動化生產(chǎn)線，包括熱固性樹脂預浸料壓制成型、熱塑性樹脂RTM成型和熱塑性樹脂預浸料壓制成型，共3種成型方法，并與蘭博基尼公司在名古屋大學內(nèi)設立研究所，批量生產(chǎn)汽車部件和無人直升機葉片等。

日本東麗、豐田和東京大學等已經(jīng)在聯(lián)手開發(fā)全面采用碳纖維的汽車，推進加工技術等的研究，預計最早到2020年，重量減輕6成、安全性更高的新能源汽車將全面投入實際應用。

目前，不少汽車生產(chǎn)工廠直接與碳纖維制造商合作以便制造可用的零部件。如贏創(chuàng)同江森自控、雅各布塑料(Jacob Plastic)與帝人集團東邦特納克斯(Toho Tenax)共同研發(fā)CFRP；荷蘭皇家曇卡草坪(TenCate)與日本東麗達成了長期供應協(xié)議；東麗與戴姆勒(Daimler)達成共同研發(fā)協(xié)議，為梅賽德斯—奔馳研發(fā)CFRP部件。

而中國在此領域也做出了成績。中科院寧波材料技術與工程研究所、化學研究所等單位聯(lián)合承擔的“碳纖維增強熱塑性復合材料結構件成型技術研究”項目研制出具有完全自主知識產(chǎn)權的連續(xù)碳纖維復合材料快速熱壓成型成套裝備，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)碳纖維復合材料汽車部件的自動化制備，效率達到56件/天，并分別采用APA6及PCB噸熱塑性單體經(jīng)原位聚合成型制備出大尺寸復合材料汽車底板。

跨越式發(fā)展才能把握機遇

隨著美、歐、日政府制定了汽車在2015和2020年的節(jié)能減排指標后，我國在《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012～2020)》中，也提出了2015年和2020年汽車企業(yè)平均新車的油耗各為6.9L/Km和5.0L/Km的指標。為此今年4月22日在上海舉辦的“2014汽車輕量化與CFRP技術應用國際研討會”，重點探討了如何加速CFRP汽車在中國的產(chǎn)業(yè)化，并將籌建“中國汽車非金屬材料輕量化戰(zhàn)略聯(lián)盟”。

但我國碳纖維生產(chǎn)企業(yè)在技術上大大落后于日美企業(yè)，目前還沒有批量生產(chǎn)高模量碳纖維的能力。中國碳纖維復合材料主要用于體育休閑、建筑補強等中、低端市場，鮮少用于汽車工業(yè)。中國復合材料集團公司董事長張定金表示，盡管汽車行業(yè)中大規(guī)模使用碳纖維還存在眾多技術難題，但碳纖維在汽車領域應用前景廣闊。不斷提高制造技術，打通從原料到加工的技術障礙，以最低的成本獲得最好性能是努力的目標。要想在汽車應用上實現(xiàn)突破，我國碳纖維生產(chǎn)企業(yè)還需注重與樹脂供應商、中間產(chǎn)品生產(chǎn)商和設備制造商的合作。

羅益鋒表示，國際上碳纖維的新技術和新工藝不斷涌現(xiàn)，而且朝生產(chǎn)高效化、品質(zhì)超高性能化和成本下降的趨勢發(fā)展。超級碳纖維的出現(xiàn)，打破了以往碳纖維是脆性材料的舊觀念，可拓展到防彈等產(chǎn)業(yè)領域；相對廉價的碳芯-碳化硅纖維(C-Si碳纖維)的出現(xiàn)，將進一步拓展碳纖維在高端和一般工業(yè)領域的應用，新型CFRP快速成型固化劑的出現(xiàn)，可使碳纖維增強熱固型樹脂的成型時間縮短至1分鐘以內(nèi)，從而進一步拓展在尖端領域和一般產(chǎn)業(yè)領域的應用。我國應走跨越式發(fā)展碳纖維和CFRP的道路，采用最先進的技術，才能在短期內(nèi)超越群雄。