碳纖維90%以上是碳原子，和其他金屬相比質(zhì)量較輕。另外，因碳分子是按纖維方向規(guī)則排列的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而擁有強(qiáng)韌的特性。
CFRP泛指由碳纖維和聚合物樹脂復(fù)合而成的碳纖維復(fù)合材料料，環(huán)氧樹脂CFRP其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。CFRP抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7到9倍，抗拉彈性模量為230到430Gpa亦高于鋼，但它的比重卻不到鋼的1/4；CFRP的比強(qiáng)度達(dá)到2000Mpa以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa左右，其比模量也比鋼高。
CFRP不僅輕而強(qiáng)，輕而剛而且具有耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好以及設(shè)計(jì)性好、可大面積整體成型等一系列特點(diǎn)，所以在汽車輕量化中得到不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用。
CFRP還具有非常卓越的能量吸收性能，從而進(jìn)一步保證了CFRP車輛的安全。據(jù)報(bào)道，在柱式撞擊和側(cè)面撞擊中，CFRP材料均表現(xiàn)出了優(yōu)越的安全性能。即使在局部承受較重的點(diǎn)式力量時(shí)，CFRP也決不會(huì)凹陷。乘客和電池組件能得到完美地保護(hù)。CFRP零部件比同類鋼質(zhì)零部件減重50%以上，比鋁制部件減重30%以上，卻能夠提供同等強(qiáng)度。
CFRP是新能源汽車必然選擇
政府制定嚴(yán)格的車輛燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)和二氧化碳排放法規(guī)是新能源汽車選擇CFRP的重要推手。以美國(guó)為例，2017至2025年美國(guó)新款乘用車的燃料效率要求達(dá)到4.32升/ 100公里，比當(dāng)前車輛水平幾乎提高一倍。據(jù)估算，典型的乘用車需減重245kg才能達(dá)到此目標(biāo)。
電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)型式所需的條件非常獨(dú)特：電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系要比滿油箱的內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動(dòng)系還要重，在同樣續(xù)駛里程條件下，電動(dòng)汽車的重量比傳統(tǒng)汽車要超過(guò)200~300 kg甚至更多。因此為保證電動(dòng)汽車有較好續(xù)駛里程和可承受的成本，電動(dòng)汽車的車身重量必須減重50%以上。在所有輕量化材料中，CFRP是唯一能將鋼質(zhì)零部件減重50~60%，卻能夠提供同等強(qiáng)度的先進(jìn)材料。
CFRP的主要優(yōu)勢(shì)在于它的強(qiáng)度重量比和剛度重量比，除此之外，CFRP還擁有較高的抗腐蝕性和較強(qiáng)的氣候穩(wěn)定性，其使用壽命明顯長(zhǎng)于金屬材料，無(wú)須昂貴的防腐蝕保護(hù)措施。另外，CFRP材料具有非常卓越的能量吸收性能。在柱式撞擊和側(cè)面撞擊試驗(yàn)中，CFRP材料均表現(xiàn)出了優(yōu)越的安全性能。
從創(chuàng)意設(shè)計(jì)開始就定位輕量化、大批量、低成本的技術(shù)路線
對(duì)新能源汽車，特別是純電動(dòng)汽車而言，從創(chuàng)意設(shè)計(jì)開始始終如一最大限度考慮車輛輕量化十分重要，因?yàn)槌似胶庑铍姵卦黾拥闹亓浚囕v重量也是限制續(xù)駛里程的一個(gè)重要因素。
對(duì)新能源汽車，在研發(fā)CFRP部件的制造工藝同時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮使其實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，從而使得這一生產(chǎn)工藝可以在高生產(chǎn)安全性條件下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的、高品質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)非常重要。
CFRP在新能源汽車上的應(yīng)用并非強(qiáng)度、模量越高越好，而是在滿足新能源汽車強(qiáng)度安全的前提下，成本越便宜越好。不僅應(yīng)推廣價(jià)格便宜的大絲束碳纖維及其工藝制品還可適當(dāng)?shù)夭捎没厥仗祭w維，最大限度地降低新能源汽車的制造成本。
在全價(jià)值鏈堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，落實(shí)可持續(xù)性量化目標(biāo)
在新能源汽車全價(jià)值鏈中堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，具體制定落實(shí)可持續(xù)性量化目標(biāo)是新能源汽車開發(fā)獲得成功的關(guān)鍵所在。我們不能一方面為節(jié)能減排開發(fā)新能源汽車另一方面在新能源汽車全價(jià)值鏈方面破壞或浪費(fèi)環(huán)境資源。
新能源汽車可持續(xù)性發(fā)展同樣具有三個(gè)層面的含義：生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)。生態(tài)的可持續(xù)性指要保持自然和環(huán)境適于后代人的生存和發(fā)展，也就是我們這代人在資源利用上要承擔(dān)起相應(yīng)的責(zé)任。經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性要求經(jīng)濟(jì)交往能為競(jìng)爭(zhēng)和繁榮提供一個(gè)可持續(xù)、具有足夠承受能力的基礎(chǔ)。社會(huì)的可持續(xù)性要求社會(huì)的發(fā)展可以讓一個(gè)群體的所有成員有機(jī)會(huì)參與其中。
新能源汽車應(yīng)用CFRP減重節(jié)能減排是環(huán)保的，但生產(chǎn)使用CFRP也會(huì)產(chǎn)生大量生產(chǎn)廢料和報(bào)廢舊車的CFRP部件，這在新能源汽車開發(fā)初期必須要加以認(rèn)真考慮和解決。CFRP廢料和廢舊車身零部件應(yīng)按種類進(jìn)行分類收集處理并積極用于循環(huán)再造的工藝，并且這一工藝能適應(yīng)批量生產(chǎn)的需要或用于其它用途，以降低成夲和節(jié)省寶貴的資源。
實(shí)事求是，走揚(yáng)長(zhǎng)避短、合作共贏之路
GFRP在汽車中的應(yīng)用在世界上已有六十多年的悠久歷史，CFRP在世界F1賽車中的應(yīng)用也有將近四十年歷史，國(guó)外尤其是歐美在汽車CFRP上積累了較豐富的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)和大量的成功范例，而在中國(guó)汽車CFRP領(lǐng)域我們基夲上是空白，存在較大的差距這是一個(gè)基本事實(shí)。
根據(jù)復(fù)合材料定義，我們知道復(fù)合材料因?yàn)椴皇翘囟ǖ奈镔|(zhì)，而是材料使用方法的概念，它不受特定材料性能的限制，可以根據(jù)用戶的需求通過(guò)選擇不同的原材料組合進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，所以，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化是一項(xiàng)基礎(chǔ)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的工作，需要有數(shù)據(jù)庫(kù)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
不同的成型工藝會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料產(chǎn)品的性能和成本出現(xiàn)較大的差別。同時(shí)復(fù)合材料構(gòu)件的形狀、原材料的性能也是影響其成型工藝的主要因素。
復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，復(fù)合材料失效準(zhǔn)則及失效模型的不完善限制了復(fù)合材料優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)對(duì)復(fù)合材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究仍然處于發(fā)展的初步階段。
德國(guó)寶馬CFRP新能源汽車案例
BMW i3碳纖維單體構(gòu)造乘員艙具備了高韌性與高吸收能量能力，在Euro NCAP的測(cè)試中，i3於64km/h正面撞擊與32km/h側(cè)面撞擊測(cè)試中都獲得了優(yōu)異成績(jī)。
德國(guó)寶馬公司已量產(chǎn)的i3系4人座純電動(dòng)汽車采用了CFRP制造的單體構(gòu)造乘員艙模塊以及鋁合金構(gòu)造的底盤模塊，整備質(zhì)量?jī)H為1195kg，其中鋰離子電池重量為230kg，CFRP重量為140kg，比傳統(tǒng)電動(dòng)車減輕了250~350kg。
日本東麗CFRP新能源汽車案例
日本東麗公司開發(fā)的兩人座TEEWAVE AR1純電動(dòng)概念車整備質(zhì)量?jī)H為846kg，其中鋰離子電池重量為220kg，CFRP使用約160kg ，比起鋼制汽車重量減少53％。
東麗CFRP單體車身構(gòu)造為中空構(gòu)造一體成型，重量?jī)H為45kg，遠(yuǎn)低于鋼制EV車體的50%；部件數(shù)量?jī)H為3件，是鋼制EV車體的1/20 ，成型周期不到10分鐘。
韓國(guó)現(xiàn)代CFRP新能源汽車案例
韓國(guó)現(xiàn)代Intrado燃料電池概念車一次補(bǔ)充燃料可行駛644km，百公里加速時(shí)間將低于12秒。
現(xiàn)代Intrado概念車的全車架、引擎蓋以及側(cè)板采用CFRP，質(zhì)量比傳統(tǒng)鋼板制造的輕60%，這將大大提高燃油效率。
中國(guó)奇瑞CFRP新能源汽車案例
奇瑞公司在今年的北京車展上推出了插電式混合動(dòng)力車艾瑞澤7，這款車的碳纖維車身是由奇瑞和中國(guó)科學(xué)院共同研究打造的，奇瑞稱這是中國(guó)第一臺(tái)車身主體由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成的車型。
中國(guó)長(zhǎng)城華冠CFRP新能源汽車案例
在今年的北京車展上北京長(zhǎng)城華冠汽車技術(shù)開發(fā)有限公司發(fā)布了該公司的最新作品，一款名為前途（EVENT）的純電動(dòng)跑車概念車。據(jù)介紹，作為首款中國(guó)自主研發(fā)具備量產(chǎn)狀態(tài)的純電動(dòng)跑車，以節(jié)能、環(huán)保為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，產(chǎn)品集成了眾多汽車行業(yè)的前沿科技，提供了真正意義上滿足用戶使用的純電動(dòng)車產(chǎn)品。
長(zhǎng)城華冠EVENT車體內(nèi)外覆蓋件整體采用CFRP材料，從而使得產(chǎn)品本身既能保證優(yōu)于傳統(tǒng)金屬鈑金的力學(xué)及安全性能，又使得產(chǎn)品重量大幅度降低，提高了產(chǎn)品的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性。
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