边走边思 | 碳纤维复合材料在汽车应用上为何叫好不叫座

如果有一种材料能给汽车诸多好处和优势，你会不会选择:

一是大幅减重：与钢结构相比，可减重40%-50%，与铝结构相比，可减重20%-30%；

二是高比强度、比刚度：比强度是钢的七八倍，是铝的三四倍，比刚度是钢和铝的二三倍；

三是安全性提高：高强抗冲击性和极佳的能量吸收能力——比金属材料高四五倍，可以非常好地改善汽车的安全性能；

四是抗拉强度提高：钢和铝的疲劳强度一般为抗拉强度的30%-50%，而他则达70%-80%，优异的抗疲劳性、耐腐蚀性能可延长车身寿命；

五是吸振能力提高：吸振能力和振动阻尼性能较高，轻合金需要9S才能停止振动，他只需要2S；

六是零件数量大幅减少：结构整体成型，可大幅减少零件和紧固件的数量；

七是经济性改善：可提高燃油效率，减少排放，提高续航里程等。

它的名字，叫碳纤维复合材料。这种极轻的轻量化材料，并不是一种新出现的材料。他早期应用集中体现在航空航天领域，从1975年开始首先应用在军用飞机上，从1980年代开始应用在民用飞机上，一架Boeing787飞机的结构用量超过50%。

随着汽车行业越来越迫切的轻量化需求，碳纤维开始在传统汽车和新能源汽车逐步得到尝试和应用。碳纤维复合材料在汽车领域最早应用在高端跑车和豪华汽车车型上。自宝马率先将碳纤维复合材料大量应用于i3和i8等量产车型以来，全球汽车设计和制造业掀起一阵碳纤维复合材料研究和应用探讨的热潮。

作为世界第一大汽车产销大国，中国汽车同仁对碳纤维复合材料的研发一直波澜不惊。时至今日，真正的量产化应用尚乏善可陈。除了造车新势力前途汽车在其首发车型K50大量使用碳纤维复合材料的车身外覆盖件外，几乎没有哪家整车企业将这种非常先进的材料用于量产车型。

那么，到底是什么限制碳纤维复合材料量产化应用的前途？

一个显而易见的道理是，碳纤维高昂的价格。一公斤钢多少钱？大约6-8元。一公斤碳纤维复合材料多少钱？大约200元。30倍的价差，在当下降本增效的大趋势下足以吓到汽车采购和制造商。

在汽车材料的发展变革中，性能和成本介于钢材料和碳纤维材料之间的铝合金，成为当下比较折中的选择。诺贝丽斯中国区董事总经理、诺贝丽斯负责亚洲汽车业务的副总裁刘清，在其代表的铝合金轻量化技术路线代言说，一种先进的材料一定要考量市场和客户的需求。言外之意是，太先进的脱离需求的产品不一定有市场，合适最好。

以碳纤维为创业和事业的苏州华特时代碳纤维有限公司总经理熊飞博士却不这样认为，不能面向制造、面向人机工程的设计，才是导致当前碳纤维复合材料汽车部件生产成本居高、最终动摇整车企业量产化应用信心的根本所在。

他举例，虽然碳纤维价格较高，但在碳纤维部件的最终成本构成中，材料成本仅占25%，另外的75%是工艺成本，工艺成本是材料成本是3倍，相当一部分是由不合理的设计引起的。

例如，传统的钢制引擎盖，通常包括内板和外板，两者之间有加强版、铰链、撑杆和锁扣等，同时还含有NVH和隔热设施，这种设计对于钢部件的生产方式而言，几乎不存在任何问题。

但如果将其套用在碳纤维复合材料上，就会带来工艺的复杂性和可制造性的挑战，增加不必要的工艺步骤和生产难度，引发应用碳纤维复合材料的固有优势不能发挥出来，还放大了其生产效率低下的缺点，产品的一次性合格率也明显降低，最终导致生产成本的增加，市场局面难以打开。

业内人士认为，包括碳纤维复合材料、铝合金等在内任何一种新技术、新材料都不可能十全十美，都有其局限性，将合适的材料用到合适的地方，再用合适的工艺来做。只有遵循材料固有属性的设计，才具备工艺可制造性，才能最大程度地发挥出材料的固有优势，从而以最佳的结构、最好的性能、最高的效率和最低的成本实现替代应用。

碳纤维复合材料要在新能源汽车的批量应用，一是要考虑碳纤维材料本身的成本、性能和工艺，二是要在汽车零部件的批量应用，要从生产制造、产品成本、全生命周期等方面综合考虑，三是要让更多厂家认识、认知、认可、认同这种先进材料，众人拾“材”火焰高，只有更多的使用，碳纤维的价值才有黄金价值，才能摊薄其高贵的成本，获得“叫好又叫座”的复合价值和美好前途。