1981年，邁凱輪（McLaren）向F1賽車中引入了世界上第一個(gè)碳纖維外殼材質(zhì)的一級(jí)方程式賽車，在激烈競(jìng)賽期間，邁凱輪輕量化的車重并提高操控性能具有開創(chuàng)性。

Formula 1成為碳纖維的最早采用者，但該技術(shù)很快轉(zhuǎn)移到了高性能公路車上。1992年邁凱輪F1的第一批賽車，隨后是蘭博基尼和法拉利。

在過去的二十年中，碳纖維已進(jìn)入生產(chǎn)中的幾乎所有超級(jí)跑車，超級(jí)跑車和豪華跑車。

 McLaren MP4/1

CFRP被廣泛用于高端市場(chǎng)–賽車，超級(jí)跑車和高檔跑車領(lǐng)域中。在這些細(xì)分市場(chǎng)中，汽車性能是關(guān)鍵因素。 輕量化、降低排放、操控性以及外部結(jié)構(gòu)美學(xué)成為碳纖維在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的動(dòng)力。

碳纖維常用于包括主體框架結(jié)構(gòu)，車頂結(jié)構(gòu)，內(nèi)部和外部車身面板等的組件中。材料的大部分以預(yù)浸料形式提供，但在某些情況下使用HP-RTM工藝。

 碳纖維在汽車框架中應(yīng)用

最近幾年來，由于行業(yè)驅(qū)動(dòng)以及設(shè)備制造商尋求推進(jìn)其CFRP集成等因素驅(qū)動(dòng)，CFRP已經(jīng)出現(xiàn)由高級(jí)乘用轎車向中型車輛發(fā)展的趨勢(shì)。如下圖所示：

 乘用車開始采用碳纖維材料

全球乘用車預(yù)計(jì)將以2.8％的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2020年全球汽車產(chǎn)量將突破1億輛；其中中國(guó)將繼續(xù)是最大的市場(chǎng)，而且也是增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)，歐洲和北美將保持相對(duì)平穩(wěn)。

全球乘用車市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

與乘用車高速發(fā)展趨勢(shì)相反，利用石油或柴油尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的乘用車銷售將大幅下降，以EV / PHEV為代表的新能源汽車復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將大幅增長(zhǎng)35％，最快的成長(zhǎng)期2025 -2030。

不同類型乘用車市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

汽車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)對(duì)碳纖維復(fù)合材料提出了挑戰(zhàn)：

成本–是大量采用CFRP的最大障礙；

產(chǎn)能–擴(kuò)大規(guī)模需要大量資金；

循環(huán)次數(shù)–需要CFRP的超低循環(huán)時(shí)間才能滿足生產(chǎn)率要求；

質(zhì)量保證–可重復(fù)，低PPM故障等級(jí)；

可回收性–報(bào)廢/再利用是許多國(guó)家/地區(qū)的法規(guī)要求；

集成–多材料解決方案將需要金屬和塑料之間的有效兼容性；

數(shù)據(jù)庫(kù)體系–汽車工程師需要良好的材料數(shù)據(jù)來支持零件設(shè)計(jì)。

針對(duì)上述CFRP在汽車工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)，主要解決方案包括：

材料解決方案– CFRP不能適合所有組件，而是在正確的位置使用正確的材料；

制造設(shè)計(jì)–培訓(xùn)汽車工程師如何針對(duì)CFRP與金屬進(jìn)行設(shè)計(jì)；

材料創(chuàng)新–降低成本至關(guān)重要，價(jià)格差異必須與價(jià)值差異相匹配；

工藝創(chuàng)新–要實(shí)現(xiàn)時(shí)間/轉(zhuǎn)換成本目標(biāo)，需要重大技術(shù)進(jìn)步；

穩(wěn)健供應(yīng)鏈–能夠跨多個(gè)零件（T1 / T2 / T3）供應(yīng)> 200,000個(gè)單位。

針對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不能落入金屬材料的套路中，這意味著需要：減少零件數(shù)量/簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、增加曲率和拔模角度、樹脂流動(dòng)設(shè)計(jì)/低循環(huán)時(shí)間、考慮粘接要求和零件集成、盡量減少浪費(fèi)并在可能的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)、為零件選擇正確的處理方法、協(xié)作以改善結(jié)果。

將CFRTP與注塑成型相結(jié)合，可以提高組件強(qiáng)度，剛度和功能性的結(jié)構(gòu)，而且能夠以合理的成本生產(chǎn)大量產(chǎn)品，該技術(shù)主要適用于非結(jié)構(gòu)和半結(jié)構(gòu)零件–非底盤，副車架等，生命周期可回收優(yōu)勢(shì)。

該技術(shù)曾被視為所有汽車應(yīng)用的首選解決方案，然而事實(shí)證明它更適合于汽車主要結(jié)構(gòu)部件，例如底板，電池盒，支撐柱和車頂結(jié)構(gòu)；成本仍然是該技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用的最大障礙。

目前，一些新的重大項(xiàng)目仍然采用該技術(shù)，通常選擇液體壓縮模塑，在該技術(shù)中良好的設(shè)計(jì)和預(yù)成形工藝對(duì)可行性至關(guān)重要，比較適合大批量生產(chǎn)。

該技術(shù)最廣泛使用的方法是與大型預(yù)浸料相結(jié)合，具有良好的視覺效果，適用于非結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)零件，常用的增強(qiáng)材料類型包括單向預(yù)浸料、編織物、NCF等，但是面臨著批量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。

近年來，片狀模塑材料（SMC）獲得了廣泛的關(guān)注，并且在未來十年內(nèi)有可能成為汽車用CFRP主要技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于快速成型和低成本，但缺點(diǎn)也比較明顯，機(jī)械性能較低，因此主要適合一些對(duì)強(qiáng)度要求不高零部件，典型代表為豐田普銳斯。

Tape placement技術(shù)是新興技術(shù)，但由于具有精確的材料放置創(chuàng)造出優(yōu)化的零件、極低浪費(fèi)、節(jié)省成本、無需預(yù)成型、柔性樹脂系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景十分廣泛，但其主要缺點(diǎn)在于成型速度較慢。

隨著汽車工業(yè)發(fā)展，為了汽車用碳纖維復(fù)合材料發(fā)展趨勢(shì)包括：