碳纖維復(fù)合材料(CFRP)是材料輕量化進(jìn)程中最成功的代表，但是由于碳纖維價(jià)格居高不下，加之復(fù)合材料的制備成本高，限制了其在汽車輕量化領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。目前，商業(yè)級(jí)的碳纖維主要為PAN基碳纖維，其高成本問題主要集中在較高的PAN 原絲生產(chǎn)成本(占總成本的51%)和較長的生產(chǎn)流程。因此，降低車用CFRP成本的主要路徑是降低碳纖維原絲成本，尋求低成本纖維生產(chǎn)工藝以及低成本的CFRP制備工藝。

　　低成本碳纖維技術(shù)

　　目前，國外碳纖維主要生產(chǎn)商已經(jīng)致力于開發(fā)低成本碳纖維制造技術(shù)，并尋求PAN以外的更低成本的原料來制備碳纖維。日本三菱和東麗公司開發(fā)的大絲束碳纖維是低成本制造技術(shù)的典型代表，美國也已開發(fā)出先進(jìn)的碳纖維制備技術(shù)。

　　在低成本原料方面，美國、日本等碳纖維主要制造國家已經(jīng)開發(fā)出了包括聚烯烴類聚合物、木質(zhì)素纖維素、電紡酚醛纖維、輻射丙烯酸紡織物等在內(nèi)的低成本代替材料。2015年瑞典的研究機(jī)構(gòu)Innventia和Swerea SICOMP也聲稱開發(fā)出了世界首創(chuàng)技術(shù)，可以基于100%軟木木質(zhì)素前體制造出重約1.8g的編織CFRP層壓板。并表示，這種材料可以用于生產(chǎn)重量輕、燃油效率高的汽車零件，但是其制造方法與其他目前使用木質(zhì)素替代前體的研究相同，還處在實(shí)驗(yàn)室階段，進(jìn)入生產(chǎn)線還需時(shí)日。

　　 Innventia和Swerea SICOMP合作開發(fā)的木質(zhì)素基碳纖維及1.8 g編織碳纖維復(fù)合材料層壓板

　　高效率成型樹脂及成型工藝

　　除纖維成本外，車用復(fù)合材料最大的挑戰(zhàn)是汽車行業(yè)高效率的生產(chǎn)預(yù)期，其中成型樹脂是決定復(fù)合材料生產(chǎn)效率的最主要影響素之一。由于優(yōu)異的粘合強(qiáng)度和模量、耐蠕變性、高韌性和良好的抗疲勞性能，環(huán)氧樹脂通常是汽車復(fù)合材料生產(chǎn)商的首選。通過研究和開發(fā)“瞬間固化”(能夠流動(dòng)和徹底浸潤纖維預(yù)制件，并在 5min之內(nèi)固化)的環(huán)氧樹脂及其配套的預(yù)成型和成型設(shè)備，從而開發(fā)高效、低成本的復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成為降低車用復(fù)合材料成本的主要手段之一。

　　2015年，美國Hexion(瀚森)和Dow Automotive Systems(陶氏汽車系統(tǒng))先后推出了2種60s可“瞬間固化”的環(huán)氧樹脂。其中，Hexion針對(duì)樹脂傳遞模塑成型(RTM)和液體壓縮成型(LCM)工藝推出EPIKOTE TRAC06170環(huán)氧樹脂與EPIKURE TRAC06170固化劑，僅需20s樹脂注入時(shí)間(RTM或LCM)和40s固化時(shí)間就可完成復(fù)合材料成型。

　　而陶氏推出的用于LCM工藝的VORAFORCE樹脂，可以直接將樹脂均勻地涂敷在干的纖維預(yù)制件上，并通過壓強(qiáng)使樹脂織物在厚度方向上均勻浸潤，其還宣稱已經(jīng)與德國KraussMaffei公司和意大利Cannon SpA公司合作開發(fā)出僅需要15～20 s涂敷樹脂及30s固化，總制造時(shí)間小于60s的復(fù)合材料制備工藝。但是該工藝由于很難提供復(fù)雜零件的成型模具，對(duì)于LCM成型的部件則僅適合相對(duì)平坦或輕微輪廓部件的制造，相比之下，RTM是該樹脂最好的選擇。

　　據(jù)亨斯邁介紹，該樹脂在140℃下僅30s就可固化，這使得1min內(nèi)復(fù)合材料成型工藝成為可能。為此，亨斯邁還開發(fā)了與該樹脂配套的動(dòng)態(tài)流體壓縮成型(dynamic fluid compression molding，DFCM)，該工藝可以省去高壓注塑工藝，而且在很多情況下也可省略纖維預(yù)浸料工藝。與常規(guī)濕發(fā)壓縮成型(wet-compression molding，WCM)相比，該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)之一是可以減少層壓板層間縫隙，復(fù)合材料孔隙率低于1%，性能可媲美高壓的RTM工藝，且高達(dá)66%纖維體積含量(FVC)的復(fù)合材料可以在沒有特殊處理的條件來實(shí)現(xiàn)。

　　復(fù)合材料在汽車工業(yè)的應(yīng)用具有令人期待的發(fā)展前景，但其汽車行業(yè)對(duì)成本/效益要求較高，成本較高且工藝復(fù)雜的復(fù)合材料要想在汽車輕量化領(lǐng)域獲得長足發(fā)展，在其輕量化的天然優(yōu)勢(shì)之下，還必須不斷在低成本、高效率等方面加大研發(fā)投入，尋求競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。