汽车用碳纤维：走到了尽头？

四十多年来，碳纤维生产商一直关注着汽车行业市场，碳纤维在汽车领域的应用也时有耳闻，但大规模应用的前景却一再未能实现。碳纤维最早在汽车领域里的应用是1984年福特公司推出的Econoline全尺寸厢式货车，碳纤维用于其纤维缠绕传动轴，年产量约为40000辆。然而三年未到，这个货车就被淘汰，成本过高是其直接原因。在随后的几十年里，碳纤维轴已经在生产厂商的平台上陆续出现，但仍然是体量相对较低的产品。21世纪初，随着一系列超跑的兴起和跑车利用大量低价碳纤维的优势，碳纤维在汽车领域的兴奋度才出现增长事态，但是仍未转化为主流车辆的应用。

2013年，BMW推出了碳纤维密集型 i3和i8系列产品，同时为满足纤维和部件需求还建立了专门供应链，业界期待社会上其余生产厂商也能陆续跟进效仿，然而并没有。2015年，BMW在其主流7系列中引入“碳核心”多材料理念，获得了业界内的一致赞誉。从业人员认为这是引发碳纤生产的特定部件广泛普及所需的突破口。这一概念已在BMW即将推出的iXSUV上取得了进展。但BMW是个例外，而不是常规态势。2017年巴黎JEC 世界展览会上，我们注意到参展的车辆中至少有十几个B柱原型是采用全碳纤维或碳/钢混合材料，这是碳纤维在汽车中的“杀手级应用”。一些生产商已经开始部署这项技术，但仍然没有真正在全球范围内流行起来。最后，还是需要付诸更多努力来降低成本，以便这种应用能够直接战胜全钢解决方案。

2021年11月在盐湖城举办的CompositesWorld碳纤维会议上，行业顾问Dan Pichler和Tony Roberts指出宝马i3平台即将结束生产，随之而来的是汽车行业碳纤维用量的显著下降。他们还强调，目前没有“已宣布”的大规模碳纤维汽车项目，并预测到2026年汽车领域里碳纤维只有2.4%的年复合增长率，主要用于赛车运动、定制和小批量平台的生产。

唯有等待时机。近几年，全球倡导的碳中和理念和汽车轻量化的需求，汽车的内燃机（ICE）已逐渐向电池电动动力系统大规模转移。鉴于电池的额外重量，降低汽车本身重量是不是变得更加重要？这难道不是预示着对碳纤维的巨大需求吗？对于第一个疑问，答案是肯定的，减少车辆质量仍然非常重要。但对于第二个问题，碳纤维仍然只是一个参考因素，前提是它具有成本效益。在汽车生产厂商那里，仍然有多种办法去降低汽车部件重量，比如用铝代替钢，碳纤维并不是唯一解决方案。

近期，业界对于将复合材料应用于电池电动车（BEV）轻质电池外壳引发起浓厚的兴趣。2021年11月由美国塑料工程师协会举办的汽车复合材料会议和展览会上就证实了这一点，针对这个主题的演讲主要集中在玻璃纤维外壳上。这些外壳比金属轻，并能以有竞争力的成本优势集成所需的热、可燃性和电磁干扰屏蔽功能。

虽然碳纤维在汽车应用领域里的前景并不明朗，但高体积分数碳纤维结构的替代品仍继续显示出其良好的经济性。目前，越来越多的的卡车平台采用了由抗紫外线的玻璃纤维板成型化合物（SMC）制成的复合材料床。IACMI（美国）与Volkswagen of American（美国）合作的一个项目展示了一种玻璃纤维SMC SUV升降门。它比钢轻36%，经常性成本降低9%。另一个IACMI项目表明，与纯PA/PPE工程热塑性塑料相比，在聚丙烯中加入10%段切可再生碳纤维可使注塑件重量减轻40%，零件成本减轻30%。这不仅指出了再生碳纤维的机会，也为由纺织PAN和煤焦油沥青等低成本前驱体制成的纤维提供了机会。

传统碳纤维在汽车中的应用是否走到了尽头？不完全是，但不要指望像BMW i3这样的碳纤维密集型汽车会在大规模生产中回归。期冀以 10 美元/磅（22 美元/千克）的成品成本去实现 50% 纤维体积的碳纤维结构组件本身就是一条艰巨且狭窄的道路，这还需要在整个制造链上进行改进。在不久的将来，我们期待看到碳纤维（可能是拉挤成型）用作混合包覆成型结构（包括结构电池外壳）中的加强元件，其中玻璃纤维增强聚合物构成平衡。

复合材料在汽车市场上有着广阔的前景，以玻璃纤维为主导，传统碳纤维的应用进一步增强。对于再生碳纤维和通过可替代前驱体制成的纤维供应商来说，机会空间要大得多。

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