碳纤维作为汽车世界的轻质奇迹材料的日子可能屈指可数了

自迈凯轮MP4/1以来，汽车行业对碳纤维的痴迷已经持续了几十年一级方程式赛车1981年成为第一个使用碳纤维复合底盘的人。从那时起，这种材料的标志性编织，以其传奇般的强度、刚度和低重量的混合，已经出现在各种形式的赛车中，以及几乎每一辆自开发以来的超级跑车，以及少数主流公路汽车。时至今日，它在发动机罩、车顶、悬挂组件、支柱杆、全底盘、车身面板，甚至装饰装饰面板上的使用仍然会在齿轮头中产生巴甫洛夫式的反应。

然而，即使在2018年，碳纤维仍然是一种存在问题的材料。这是一种劳动密集型产品，操作成本昂贵，需要仔细的分层和高精度的制造过程。此外，在可以从它的地产中获得更多收益的行业中，对它的广泛需求——比如商业应用，如飞机，或者像300英尺长的蒲公英一样在世界各地拔地而起的巨型风力涡轮机——并没有起到任何降低成本的作用。

这并不是因为缺少尝试。人类对碳纤维的研究已经进行了不少于四十年的时间，而工程师们仍在为使碳纤维更廉价、更容易制造而不断取得的每一点进步而兴奋不已。这些努力是巨大的:能源部的橡树岭国家实验室一直在工作用十年时间开发新的制造战略;在行业合作伙伴的帮助下，宝马一直走在碳复合材料创新的前沿，其中包括与飞机制造商波音，这导致了它的小型电动i3在大批量生产的汽车中使用最广泛的碳;也是碳纤维的长期爱好者兰博基尼(Lamborghini)因其“伪造复合材料”工艺而上了新闻这将生产过程从几个小时缩短到几分钟。

已经取得了进展。事实上，行业研究显示，汽车应用成本已从几十年前钢铁成本的35倍降至近年来的10倍。但当你改变想法，意识到碳纤维的价格是钢铁的10倍对于公司会计来说，这仍然是一颗难以下咽的药丸。

此外，在现实世界中，普通公路汽车有时也会带来令人质疑的好处，至少相对于与材料相关的努力和费用而言。

新型复合材料Game Composites GameBird特技飞行飞机的设计者、飞机设计师菲利普·斯坦巴赫(Philipp Steinbach)说:“碳纤维具有特定的性能，有利于某些应用，但它们在汽车应用中的好处被高估了。”“你不能在一辆量产车上投入与其他应用相同的时间和人力。赛车,是的。在公路车里，这很时髦。它卖得很好，看起来也很好，但与努力相比，它是否真的有用是另一回事。塑料和其他材料的性能更好，成本更低。”

当然，考虑到这种材料经过时间验证的好处，将一种40年的全行业工程痴迷斥为“时髦”可能不公平。

“碳纤维复合材料特定的刚度和强度使汽车工程师能够设计出具有同等性能的部件，同时提供比其他复合材料解决方案或轻金属大幅减少质量的方案，”福特自己的碳纤维成本降低项目技术负责人Patrick Blanchard最近表示在福特GT超级跑车里．“此外，使用碳作为增强纤维使设计师能够在有限的设计空间内满足刚度和强度目标，而这在玻璃基复合材料解决方案中是不可实现的。”

制造商甚至发现，在某些应用中，这种材料可以自行支付费用。例如，讴歌(Acura)选择了它作为自己NSX超级跑车的地板尽管它的成本高，事故后的维修过程困难。

NSX车身的设计负责人、本田公司的Shawn Tarr表示:“它在不需要额外加强件的情况下就达到了加载要求。”“不需要额外的挤压加强筋，也不需要使用回收的低成本材料，碳纤维成为NSX地板最轻、成本最低的整体解决方案。”

当然，像NSX和GT这样的汽车是非常昂贵的应用程序。根据Steinbach的观点，反对使用碳纤维的论点不太适用于高性能车辆;例如，重量管理在航空领域比传统的汽车应用领域更为关键，除了为赛道性能设计的车辆。但碳纤维用于汽车应用的逻辑最近发生了变化。新的燃油经济性要求推动了对低重量材料的需求，以帮助提高效率，而电动汽车更是加剧了这种紧迫性。汽车制造商现在必须竭尽所能地提高整个车队的油耗。

问题是，碳纤维真的能成为杠杆吗?汽车制造商们正越来越多地同时给出肯定和否定的答案，提倡“在正确的地方使用正确的材料”的方法，这种方法既适用于讴科NSX，也适用于讴科NSX一个本田思域-一种通过不断改进替代复合材料而成为可能的方法。

“轻量化热塑性塑料的最新发展，如smcs。塔尔说:“这种材料的表面质量和可制造性都优于碳纤维。”“我们在NSX车身面板中使用了这种材料。”

他补充说，关于材料的决定往往会考虑广泛的因素，从用于将不同材料连接在一起的系统（无论是否需要粘合剂或焊接）到在不同位置使用多种材料的单个组件的好处，无论是出于安全目的还是出于性能和效率方面的好处。本田已将这一思想应用于其高端和经济型车辆设计中。

在福特公司，工程师们同样发现，对碳纤维材料的用途和组成进行微调，就可以推广碳纤维材料的应用。布兰查德说:“使用最少废料的碳纤维衍生物和相关工艺是主流采用的主要候选国。”他指出，这适用于与新型塑料和聚合物结合使用的碳纤维复合材料。“玻璃和碳的混合也可以提供一个更经济的解决方案，尽管在材料性能上有所取舍。其他增强纤维，如玄武岩，正在作为中间地带出现，提供了比玻璃纤维更高的性能，而不需要转换为碳纤维的成本。”

但是随着碳纤维创新本身的不断发展，它也将有可能保持竞争力——尽管和以前一样，主要是在昂贵的水平上。赛马方面最能说明问题的可能是保时捷的高性能RS系列．

“这是2016款车型RS 911 g3保时捷发言人Frank Wiesmann表示:“在美国，这款车配备了镁质车顶，比当时的碳纤维车顶更轻，而且在喷漆方面也有优势，因为在这个过程中，碳纤维需要更平滑。”“然而，与此同时，材料和搬运也在进步。我们仍然按照标准安装镁质屋顶2018 911 GT2 RS和2019年GT3 RS，但这两款车都有一个减重包，包括一个碳纤维屋顶，甚至比镁屋顶更轻，多亏了新的专利三明治结构。该套件还集成了用于悬挂的碳纤维摇摆杆和末端连杆，并可以与可选的镁车轮搭配。”

但碳纤维的未来最终将取决于这种创新是否会渗透到“普通”汽车中。制造时间和成本仍没有大幅减少，行业分析师表示，每磅需要达到5美元，是目前的一半，而实现这一目标的机会之窗可能正在关闭。这样做的一个重要原因是：自主性。

设计师亨利克·菲斯克他说，虽然电动汽车将受益于更便宜的碳纤维，但自动驾驶汽车的最终到来可能会抵消这一需求。随着汽车越来越专业化，对汽车耐撞性等品质的要求将会降低。

菲斯克说:“随着自动驾驶汽车和班车主要在城市中使用，它们将不需要像高速公路上的汽车那样的结构强度。”“如果它只用于城市交通和汽车共享，那么它将需要一种完全不同的结构。”

最终的结果是:一辆可以使用任何最高效、最经济的材料生产的汽车，而对强度的依赖更少。兰博基尼(Lamborghinis)和迈凯轮(mclaren)仍将使用它来提高操控和履带的轻便性，但自动驾驶的人将不会被这种花哨的结构所打动。