碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向堆砌，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维不仅仅具备碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

  汽车有智慧（Futurauto）了解到，碳纤维性能优良，强度是钢的20倍，拉伸模量上是钢的2倍~3倍，比重仅为钢的1/4，抗拉强度是钢的7.9倍；碳纤维杨氏模量约为传统玻璃纤维的3倍，凯芙拉纤维(KF-49)的2倍；同时，碳纤维在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。

  目前全球碳纤维生产商主要为日本东丽、日本帝人、三菱丽阳、德国SGL和台塑集团。2014年，这5大生产商市场总额约占全球60%左右。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料使用。其结构材料具备密度小，强度高，耐久性好，抗侵蚀的能力强，可耐酸、碱等化学品腐蚀，柔韧性佳，应变能力强的特点。其中，碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度、比模量的综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，以及要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

  在军用航空领域，碳纤维增强树脂基复合材料主要使用在在战斗机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位中，不仅能提高战斗机抗疲劳、耐腐蚀等性能，还能够更好的起到明显减重作用；在卫星构件上，高模量碳纤维主要使用在于卫星承力筒、桁架、夹层面板及电池板支架上。目前，我国卫星中已使用高强高模MJ系列碳纤维复合材料。

  一般来说，航空航天工业开发出来的先进材料可以向其他工业推广。如二战时期为飞机开发的玻璃纤维复合材料，已在游艇和风能叶片行业占领主流。纤维复合材料强度与钢相当，比重只是1.5~2.0克/立方厘米，但是仅在F1方程式赛车和高端跑车上得到应用，在普通轿车上并没有成为主要材料。复合材料在汽车工业没有大规模应用的根本原因是，大规模生产技术路径没有完全打通。受几个关键技术瓶颈制约，生产效率低，成本高，没办法实现汽车工业必须的高效率大规模生产。虽然历史上进行了多次尝试，都没有成功。

  碳纤维材料的使用是否能让未来汽车具备更合理的成本、利润竞争力。为了研究这样的一个问题，我们来逐步展开分析。

  首先，我们该知道碳纤维复合材料究竟是什么？碳纤维复合材料（CFRP）是由作为增强材料的碳纤维和作为基体材料的树脂组成（可以看成为1+1）。而一般复合材料的性能是优于其组分材料性能的，并且产生了一些原有组分材料所没有的性能（能够理解为1+12）。既然碳纤维复合材料有可能作为未来汽车的备选材料之一，那么它究竟能给汽车带来哪些令人惊喜的好处呢？为了让大家更好地理解，我们先来聊聊一个工业史上的大家伙——Boing787梦想飞机，通过纵向类比，引出两个核心意义。

  ●两个核心意义如今在北京飞往广州的航线上，我们已可以选择Boing787机型了，体验过的朋友向我描述了Boing787梦幻的外形、宽敞客舱、加大舷窗、加大行李箱、梦幻LED显示屏…但这些都不是航空公司争先采购Boing787的理由，做生意，真正关心的就是效益和利润！因此Boing787对于航空运营商来说最大价值在于比同类飞机的飞行过程节能20%的燃油，总废弃排放量减少20%（碳排放超额可是要收税的！），比同类飞机降低噪音60%以上！而这一系列的优良的运营指标都可以大致地归纳为两方面的贡献，一是飞机整体重量减轻，二是飞机的主翼能采用前所未有的设计来降低阻力。而这两点革命性的突破恰恰就在于Boing787飞机的碳纤维复合材料使用量占到了全机体积的80%！没错，你可以说这是一架塑料飞机。从Boing787的启示中我们大家可以看到，碳纤维复合材料对于工程产品的关键意义就在于轻质高强和优良的可设计性！

  首先，汽车工业上常用的碳纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5-2.0g/立方厘米，这只有普通碳钢的1/4-1/5，比常用的铝合金还要轻1/3左右，但碳纤维复合材料的机械性能优于金属材料，其抗拉强度高于钢材3-4倍，刚度高于钢材2-3倍。使用碳纤维材料，在减轻车身质量的同时，也可使得功率需求更小，进而采用更小驱动引擎和悬挂装置，通过减少动能而减少冲击危险，这种螺旋迭代式的结果将使得车身质量进一步减轻。因此，用碳纤维复合材料替换原来的钢制件，其轻量化效果明显。

  前面说到，Boing787的机翼，因为使用了碳纤维复合材料，所以能够设计出阻力非常小的机翼，要知道，使用传统的材料和工艺，是几乎不可能制造出形如Boing787类似机翼的。因此可以看出，碳纤维复合材料可以根据不同的用途要求，灵活地进行产品设计，根据产品结构受力情况，通过调整纤维的种类、含量，铺层方向和顺序，在一定范围内满足结构设计中对材料强度、弹性和方向性的要求。例如，受有内压的薄壁圆管，已知纵向截面上的应力为横向截面上应力的两倍，因此，可以使用2：1的经纬交织纤维，使环向强度为轴向强度的两倍，从而获得具有相同强度储备的结构，且大大降低了结构重量。在传统的金属材料中，由于各项同性，往往满足了最大受力方向的技术要求后另一方向的强度就会过剩，这无疑又增加了结构的重量。

  壁纸 官方 图片汽车，尤其是跑车在设计时往往需要考虑空气阻力最小的外形，同时兼顾美观性。在传统的钢制薄板冲压成型时由于工艺的原因导致外形和结构有一定局限性，而采用复合材料成型则是可以不受约束地制作出各种满足空气动力学原理及美观需求的外形曲面。当然，除了有利于减轻车身重量并具备优良的可设计性外，碳纤维复合材料还有一些独有的优点，例如良好的耐冲击性和耐腐蚀性。这样的性能使得汽车零部件具有较长的使用寿命和极低的维修费用。

  宝马i8 壁纸 官方 图片●主要应用碳纤维材料在成型的时候有一个很突出的特点，那就是能够将不同厚度的零件、凸起部、筋、棱等全部一体成型。这样便为汽车结构的模块化、整体化制造奠定了良好的基础，在一些先进车厂的车型中我们能够正常的看到类似的应用，比如宝马i系列电动车的模块化车身制造理念”LifeDrive”结构，就是大量采用轻量化并且高强度的碳纤维复合材料构成。

  奔驰公司的SLRMclaren同样也尝试了全碳纤维材料的应用，其车身呈现尖塔状的碳纤维溃缩柱由无数根粗壮的碳纤维经过编织而成，虽然结构依然无比坚硬，但是它能够在正面碰撞时破碎成无数细小的碎片，来吸收大量的撞击能量（据估计相当于钢结构可吸收能量的4倍），并且碎片不会对乘客造成了严重的伤害，这一点非常类似于破碎的原理。

  壁纸 官方 图片●能否普及，效益是关键我们前面讨论的都是碳纤维复合材料的优异性能，然而，事有两面，目前主要的弊端是难以提供质量稳定，能够很好的满足汽车部件力学强度需要的低成本碳纤维材料；再者，还需要研发能够批量制备复杂形状的高性能汽车部件碳纤维复合材料成型技术。目前我们国内在碳纤维复合材料的基础研究及成型技术等实际应用上总体落后于国外，大部分碳纤维原丝及织物都依赖进口。此外，碳纤维基本上不可降解，不可重复使用，而且根据丰田汽车的一项研究表明，碳纤维在生产的全部过程中需要排放更多的二氧化碳，并会产生大量的废气污水，同时碳纤维的生产的全部过程极易对工人造成各种呼吸道和皮肤危害，所以该材料是不是环保还有待论证。这一些因素，我们都可以将其折算成为整个生产环节上的成本附加值。

  其实，用户真的很在乎汽车究竟使用的是传统铝合金等金属材料还是碳纤维复合材料吗？最终,车身的轻质高强和优良的可设计性很大程度上是通过油耗这一经济指标反馈到使用者真实的体验上的。因此，在讨论碳纤维复合材料是否是未来汽车最好的材料选择时，用户与车厂不光会考虑碳纤维复合材料的先进性能，还会考察在考虑汽车的全生命周期下（从产品的设计、制造、环境处理到用户用车至退役的全过程），使用碳纤维所造成的额外成本与今后的油耗等经济效益相比是否划得来，如果这个差距慢慢地减少且最终趋于合理，那么我们又有什么理由去拒绝新材料、新技术给生活带来的全新体验呢？应用复合材料是新能源汽车轻量化需求，可大幅度降低汽车能耗、减少排放。在混合动力汽车新能源汽车节能方面，降低整车重量是降低燃油消耗、减少排放最有效的途径之一。复合材料的发展也为燃料电池汽车产业化奠定了基础。降低燃料电池汽车的动力系统和车身重量，已成为新能源汽车开发中亟待解决的重要技术难题。

  应用复合材料是新能源汽车轻量化的首选解决方案，主要基于其轻质高强，减重效果明显；材料可设计性强；高安全性；高抗疲劳强度、低缺口敏感性；可提高乘客的舒适性，降噪减振；耐腐蚀、耐疲劳、长寿命；成型周期短，模具费用低。