目前碳纤维复合材料凭借其优秀的减重潜力在汽车行业备受期待，满足低碳环保、可持续的创新发展要求，众多企业都在尝试将碳纤维应用在汽车上。自宝马在其i系列车型成功使用碳纤维复合材料后，国内外在高性能碳纤维及其复合材料领域不断取得突破。我国在关键技术、装备及应用等方面也有大幅的提高，国内前途K50和蔚来ES6两款量产碳纤维复合材料部件车型相继问世。与此同时，碳纤维复合材料的应用范围也不断扩展。从车身、内外饰系统向底盘、动力总成系统延伸；从外覆盖件材料向结构件材料或结构增强材料延伸。尤其是近一两年，新能源汽车的快速发展给碳纤维行业提供了巨大机遇，碳纤维在电池包外壳等部件上应用也逐渐拓展。
然而，碳纤维的批量化应用还面临着成本、生产周期、成熟的工艺体系、有效的材料回收工艺等方面的问题。需要在解决材料、设计、回收等技术问题的同时，逐步完善相应技术体系和应用标准的建设，同时还需要建立涵盖碳纤维原丝、树脂、复合材料成型工艺及设备、结构设计、检测与评价、材料回收与再利用等全面的成熟的稳定的产业供应链。这无疑需要全行业产业链的共同努力和进步。
基于此，中国汽车材料网及汽车轻量化在线研究团队通过行业调研，对年度车用碳纤维技术进展、最新应用案例等进行整理，《车用碳纤维及其复合材料年度发展报告》2023版正式发布！在过去一年里，车用碳纤维领域有哪些新技术进展？让我们一起来了解一下吧~
一、碳纤维材料技术进展及在汽车各系统应用
美研究人员通过表面改性使碳纤维复合材料更加坚韧
据中国复材报道，复合材料的性能可能取决于不同部件之间的界面兼容性。最具挑战性的复合材料组合之一是碳纤维和聚丙烯。美国亨德森和DEVCOM陆军研究实验室的同事利用碳纤维的导电性，用电化学修饰方法用小分子修饰其表面。将正丁基苯基基团电化学接枝到纤维表面并加入到聚丙烯中，可使复合材料的韧性提高30-32%。与未经处理的纤维相比，具有表面改性的纤维的复合材料在失效前可以承受更大的冲击，而不会对其他物理性能产生不利影响。该团队还已经在一个试验规模的设施上生产了改性纤维复合材料，现在正在努力提高其他物理性能，如拉伸强度和刚度。改进后的复合材料可大幅改善氢气压力容器或容易受到轻微碰撞的汽车部件的性能，这些部件的抗冲击性往往很关键。
英Dexet公司为Squalo量产车设计开发碳纤维整体式车身和底盘
据碳纤维及其复合材料技术报道，英国领先复合材料设计和工程咨询公司Dexet Technologies证实，它正在为GTO Engineering Squalo设计一种全新的碳纤维整体式车身。Dexet是一系列备受推崇的开发合作伙伴中的最新成员，它是GTO Engineering公司及其Squalo量产汽车的战略合作的一部分，预计将于2023年第4季度发布。全碳纤维整体式底盘和车身必须保持低于1000kg的设计规格重量。将最先进的底盘与全新的4.0升四凸轮V12发动机相结合。Squalo硬壳式底盘和车身的构造方法仅适用于最著名的超级跑车。
日本帝人将为汽车防撞箱提供碳纤维增强热塑性复合材料
根据化学工业日报发布的消息，日本帝人有限公司（Teijin）正在为汽车碰撞箱结构提供其Sereebo型碳纤维增强热塑性塑料来替代传统钢和铝材料。汽车碰撞箱是一种在发生碰撞时保护汽车乘客的结构部件。Sereebo可以以随机取向的板材形式自由压模，其中碳纤维丝束会以随机取向进行分布。在每克70焦耳的情况下，该碳纤维增强热塑性材料的减震能力是传统钢的4-5倍，是铝或传统碳纤维增强热固性塑料（CFRP）的2-3倍。目前可用等级材料中碳纤维的体积分数（Vf）为35%。Sereebo是专为汽车材料等应用而开发的，具有较高的制造生产率，只需约一分钟即可形成一个部件。其卓越的物理性能和延展性使其被通用汽车公司用于皮卡车床的制造。为在寻求成本和性能之间的平衡，有可能会对该新材料及其成型进行调整。
20秒内制造出复杂的碳纤维复合材料汽车结构件
据轻量化技术网报道，Cannon Tipos公司和Coriolis复合材料公司联合开发了一种制造工艺，可以从接近净形的干预制件中制造出复杂的碳纤维增强复合材料（CFRP）部件作为半成品。该工艺的关键组成部分是高压树脂传递模塑（HPRTM）工艺和Coriolis的自动纤维定位（AFP）。该合作产生的组件目前正在进行适合批量生产的测试。该工艺实现了20秒的生产循环节拍时间，并显示出符合要求的机械性能，但重量最多减轻了80%。
Coriolis复合材料公司生产的自动纤维放置（AFP）设备允许连续纤维或短纤维以不同的方向放置，甚至是复杂的几何表面。干式AFP二维预制件由单向（UD）取向碳纤维的优化纤维薄片组成，每层纤维重量为280克/平方米，纤维体积分数为55%。一种特殊的粘结剂技术被用于注射快速固化的兼容环氧树脂系统。改进预制件的可塑性、纤维浸渍和可修剪性（使用三维水刀工艺），以实现接近净成形的几何形状，可将总体废品率降低达50%。Cannon Tipos钢制模具的设计压力最高可达120巴。最小化的微孔确保了树脂与固化剂在恒定温度下的最佳反应，最大偏差为2℃。此外，在注射阶段有最小的背压，真空时间应最大化，以避免冲刷损失和气泡的产生。由于高度抛光的腔体与Coriolis的预制件技术相结合，部件的表面质量特别好。
二、碳纤维材料回收利用
德国研究碳纤维增强塑料汽车部件如何以重复使用代替回收
据轻量化技术网报道，德国弗劳恩霍夫IWU研究所与Edag和Invent公司在FiberEUse研究项目中开发了一种更可持续利用碳纤维增强塑料的方法。基本的想法是，首先不必回收车辆上破旧的碳纤维增强塑料结构，而是将其重新使用。首先，项目组确定了哪些汽车部件具有很高的再利用潜力，且可以用碳纤维增强塑料制造。最后，选择了一个电池支撑平台的框架结构和一个座椅结构作为示范对象。在《可持续工业2/22》杂志的文章中，Justus von Freeden, Jesper de Wit, Oliver Huxdorf和Stefan Caba解释了他们的具体方法。
帝人与Fuji Design合作回收碳纤维
据外媒报道，日本帝人株式会社（Teijin Limited）同意与日本再生碳纤维制造商Fuji Design建立业务联盟，从而生产、供应和商业化采用低环境影响工艺生成的再生碳纤维增强塑料（CFRP）产品。Fuji Design专有的“精密热解”技术可通过去除基体树脂，从使用过的CFRP中生产出高质量的碳纤维。该技术绿色环保，其产生的二氧化碳排放量比使用原始原材料生产的碳纤维还少90%。
