《車用碳纖維及其復合材料年度發展報告》2023版正式發布！
目前碳纖維復合材料憑借其優秀的減重潛力在汽車行業備受期待，滿足低碳環保、可持續的創新發展要求，眾多企業都在嘗試將碳纖維應用在汽車上。自寶馬在其i系列車型成功使用碳纖維復合材料后，國內外在高性能碳纖維及其復合材料領域不斷取得突破。我國在關鍵技術、裝備及應用等方面也有大幅的提高，國內前途K50和蔚來ES6兩款量產碳纖維復合材料部件車型相繼問世。與此同時，碳纖維復合材料的應用范圍也不斷擴展。從車身、內外飾系統向底盤、動力總成系統延伸；從外覆蓋件材料向結構件材料或結構增強材料延伸。尤其是近一兩年，新能源汽車的快速發展給碳纖維行業提供了巨大機遇，碳纖維在電池包外殼等部件上應用也逐漸拓展。
然而，碳纖維的批量化應用還面臨著成本、生產周期、成熟的工藝體系、有效的材料回收工藝等方面的問題。需要在解決材料、設計、回收等技術問題的同時，逐步完善相應技術體系和應用標準的建設，同時還需要建立涵蓋碳纖維原絲、樹脂、復合材料成型工藝及設備、結構設計、檢測與評價、材料回收與再利用等全面的成熟的穩定的產業供應鏈。這無疑需要全行業產業鏈的共同努力和進步。
基于此，中國汽車材料網及汽車輕量化在線研究團隊通過行業調研，對年度車用碳纖維技術進展、最新應用案例等進行整理，《車用碳纖維及其復合材料年度發展報告》2023版正式發布！在過去一年里，車用碳纖維領域有哪些新技術進展？讓我們一起來了解一下吧~
一、碳纖維材料技術進展及在汽車各系統應用
美研究人員通過表面改性使碳纖維復合材料更加堅韌
據中國復材報道，復合材料的性能可能取決于不同部件之間的界面兼容性。最具挑戰性的復合材料組合之一是碳纖維和聚丙烯。美國亨德森和DEVCOM陸軍研究實驗室的同事利用碳纖維的導電性，用電化學修飾方法用小分子修飾其表面。將正丁基苯基基團電化學接枝到纖維表面并加入到聚丙烯中，可使復合材料的韌性提高30-32%。與未經處理的纖維相比，具有表面改性的纖維的復合材料在失效前可以承受更大的沖擊，而不會對其他物理性能產生不利影響。該團隊還已經在一個試驗規模的設施上生產了改性纖維復合材料，現在正在努力提高其他物理性能，如拉伸強度和剛度。改進后的復合材料可大幅改善氫氣壓力容器或容易受到輕微碰撞的汽車部件的性能，這些部件的抗沖擊性往往很關鍵。
英Dexet公司為Squalo量產車設計開發碳纖維整體式車身和底盤
據碳纖維及其復合材料技術報道，英國領先復合材料設計和工程咨詢公司Dexet Technologies證實，它正在為GTO Engineering Squalo設計一種全新的碳纖維整體式車身。Dexet是一系列備受推崇的開發合作伙伴中的最新成員，它是GTO Engineering公司及其Squalo量產汽車的戰略合作的一部分，預計將于2023年第4季度發布。全碳纖維整體式底盤和車身必須保持低于1000kg的設計規格重量。將最先進的底盤與全新的4.0升四凸輪V12發動機相結合。Squalo硬殼式底盤和車身的構造方法僅適用于最著名的超級跑車。
日本帝人將為汽車防撞箱提供碳纖維增強熱塑性復合材料
根據化學工業日報發布的消息，日本帝人有限公司（Teijin）正在為汽車碰撞箱結構提供其Sereebo型碳纖維增強熱塑性塑料來替代傳統鋼和鋁材料。汽車碰撞箱是一種在發生碰撞時保護汽車乘客的結構部件。Sereebo可以以隨機取向的板材形式自由壓模，其中碳纖維絲束會以隨機取向進行分布。在每克70焦耳的情況下，該碳纖維增強熱塑性材料的減震能力是傳統鋼的4-5倍，是鋁或傳統碳纖維增強熱固性塑料（CFRP）的2-3倍。目前可用等級材料中碳纖維的體積分數（Vf）為35%。Sereebo是專為汽車材料等應用而開發的，具有較高的制造生產率，只需約一分鐘即可形成一個部件。其卓越的物理性能和延展性使其被通用汽車公司用于皮卡車床的制造。為在尋求成本和性能之間的平衡，有可能會對該新材料及其成型進行調整。
20秒內制造出復雜的碳纖維復合材料汽車結構件
據輕量化技術網報道，Cannon Tipos公司和Coriolis復合材料公司聯合開發了一種制造工藝，可以從接近凈形的干預制件中制造出復雜的碳纖維增強復合材料（CFRP）部件作為半成品。該工藝的關鍵組成部分是高壓樹脂傳遞模塑（HPRTM）工藝和Coriolis的自動纖維定位（AFP）。該合作產生的組件目前正在進行適合批量生產的測試。該工藝實現了20秒的生產循環節拍時間，并顯示出符合要求的機械性能，但重量最多減輕了80%。
Coriolis復合材料公司生產的自動纖維放置（AFP）設備允許連續纖維或短纖維以不同的方向放置，甚至是復雜的幾何表面。干式AFP二維預制件由單向（UD）取向碳纖維的優化纖維薄片組成，每層纖維重量為280克/平方米，纖維體積分數為55%。一種特殊的粘結劑技術被用于注射快速固化的兼容環氧樹脂系統。改進預制件的可塑性、纖維浸漬和可修剪性（使用三維水刀工藝），以實現接近凈成形的幾何形狀，可將總體廢品率降低達50%。Cannon Tipos鋼制模具的設計壓力最高可達120巴。最小化的微孔確保了樹脂與固化劑在恒定溫度下的最佳反應，最大偏差為2℃。此外，在注射階段有最小的背壓，真空時間應最大化，以避免沖刷損失和氣泡的產生。由于高度拋光的腔體與Coriolis的預制件技術相結合，部件的表面質量特別好。
二、碳纖維材料回收利用
德國研究碳纖維增強塑料汽車部件如何以重復使用代替回收
據輕量化技術網報道，德國弗勞恩霍夫IWU研究所與Edag和Invent公司在FiberEUse研究項目中開發了一種更可持續利用碳纖維增強塑料的方法?；镜南敕ㄊ?，首先不必回收車輛上破舊的碳纖維增強塑料結構，而是將其重新使用。首先，項目組確定了哪些汽車部件具有很高的再利用潛力，且可以用碳纖維增強塑料制造。最后，選擇了一個電池支撐平臺的框架結構和一個座椅結構作為示范對象。在《可持續工業2/22》雜志的文章中，Justus von Freeden, Jesper de Wit, Oliver Huxdorf和Stefan Caba解釋了他們的具體方法。
帝人與Fuji Design合作回收碳纖維
據外媒報道，日本帝人株式會社（Teijin Limited）同意與日本再生碳纖維制造商Fuji Design建立業務聯盟，從而生產、供應和商業化采用低環境影響工藝生成的再生碳纖維增強塑料（CFRP）產品。Fuji Design專有的“精密熱解”技術可通過去除基體樹脂，從使用過的CFRP中生產出高質量的碳纖維。該技術綠色環保，其產生的二氧化碳排放量比使用原始原材料生產的碳纖維還少90%。
