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作者介紹：潘鼎，東華大學(xué)材料學(xué)學(xué)科研究員、博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)增強(qiáng)體專業(yè)委員會(huì)主任委員。主要研究成果有“硝酸一步法聚丙烯腈原絲”獲國防科委科技成果二等獎(jiǎng) 、“化學(xué)纖維成型理論和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究”獲國家教委二等獎(jiǎng)等。
摘要：近年來，車用碳纖維復(fù)合材料（CFRP）的開發(fā)是汽車輕量化的一個(gè)主流趨勢。在國外，MAG低軌式自動(dòng)鋪帶機(jī)的應(yīng)用可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)集成度、降低35%的材料及70%人工時(shí)間的浪費(fèi)；44分鐘打印一臺(tái)車則將碳纖維技術(shù)和3D技術(shù)結(jié)合在了一起，豐富了設(shè)計(jì)師的可操控自由度！
在國內(nèi)，韓氏三維織物和韓氏三維復(fù)合材料世界上首次將纖維粘帶技術(shù)與復(fù)合材料相結(jié)合，高效低成本制成了三維骨架材料和三維復(fù)合材料，并成功地實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)纖維在復(fù)合材料基體中的二維鋪設(shè)向三維鋪設(shè)轉(zhuǎn)變，各項(xiàng)力學(xué)性能提升顯著！
圖1：沃爾沃“車身儲(chǔ)電”技術(shù)
沃爾沃基于S80打造出采用新蓄電材料的原型車。用CFRP超級電容器板替代發(fā)動(dòng)機(jī)蓋和扭力桿的組合取代傳統(tǒng)車輛的金屬。
應(yīng)用車體車門、車頂材質(zhì)能夠靠剎車動(dòng)能回收系統(tǒng)以及傳統(tǒng)的插電方式來充電，從而減輕了蓄電池的重量，整體重量降低15% 。
圖2：沃爾沃新型儲(chǔ)電技術(shù)
1)Entec公司
美國卓爾泰克公司所屬的Entec公司對現(xiàn)有纏繞機(jī)展紗浸潤過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，用最低成本解決方案使現(xiàn)有纏繞機(jī)能夠很好的使用低成本大絲束碳纖維。回復(fù)“碳纖維”，查看更多
圖3：靜態(tài)角輥展紗
圖4：靜態(tài)同心“D”型環(huán)組合
圖5：弧形輥和導(dǎo)絲輥組合
2) MAG低軌式自動(dòng)鋪帶機(jī)
此機(jī)床可實(shí)現(xiàn)32條碳纖維高精度（±1.27mm）獨(dú)立的被分配、壓實(shí)、裝夾、切割、再成型，形成無褶皺的曲線、曲面或混合曲平面。可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)集成度、降低35%的材料及70%人工時(shí)間的浪費(fèi)。
圖6：自動(dòng)鋪帶機(jī)
3)大絲束碳纖維薄層化技術(shù)
用自制大絲束碳纖維薄層化裝置展紗異形輥，使SIGRAFIL C30 T050 EPY (50 K)寬度從從6 mm分散到了28 mm，厚度從0.4 mm薄層化至0.085 mm;滲透率降低為原來的0.47倍，滲透均勻性有明顯提高，CFRP內(nèi)部缺陷大大減少。
圖7：大絲束碳纖維薄層化裝置展紗異形輥
東麗公司在碳纖維表面設(shè)置了納米型結(jié)構(gòu)的反應(yīng)點(diǎn)，并在樹脂基體的頂端設(shè)置了納米型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)入反應(yīng)點(diǎn)，使得不同長度的CF均可實(shí)現(xiàn)均一分散，并通過高粘合界面，提高了CFRP的力學(xué)性能。
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圖8：東麗實(shí)現(xiàn)較長的短CF在樹脂中的均勻分散技術(shù)
圖9：(a)較長的短CF在樹脂的均勻分散技術(shù) (b)通過高粘合界面提高強(qiáng)度
PolimotorResearch Inc.復(fù)合材料鑄造有限責(zé)任公司開發(fā)了一種新的、輕巧、碳纖維復(fù)合材料四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，專有的成型工藝使用低成本的加工材料、快速成型工藝。
圖10：碳纖維復(fù)合材料四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體
被澆注的復(fù)合材料缸體是凈形狀，消除了二次加工的麻煩,振動(dòng)噪聲顯著減少，耐腐蝕, 意味著碳排放量大量減少碳。此外，和壓鑄工藝相比，模具工具成本減少50％。碳纖維復(fù)合材料缸體比合金的重量輕20磅。這種四缸和八缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體即將應(yīng)用于賽車、OEM汽車、卡車。
美國復(fù)合材料生產(chǎn)商RTP成功推出一款新型碳纖維復(fù)合熱塑性工程塑料。采用世界頂尖級合成工藝生產(chǎn)而成。由于在增強(qiáng)材料性能的同時(shí)保留了纖維的完整性。該產(chǎn)品被取名為“徹底高性能復(fù)合材料”。
圖11：RTP Compounds 2285 LF PEEK
此款新型工程塑料由PEEK(聚醚醚酮)、高性能PPA, PPS(聚苯硫醚)以及PEI(聚醚酰亞胺)多種樹脂復(fù)合而成。
該新型復(fù)合塑料不但具備工程塑料所需的高抗沖擊性的機(jī)械性能，還繼承了碳纖維低密度、耐腐蝕、易成型的優(yōu)點(diǎn)。在組成成分中，碳纖維的含量為20~40%。這一復(fù)合材料能夠經(jīng)受高溫、高壓等極地環(huán)境的考驗(yàn)。
辛辛那提公司負(fù)責(zé)提供制造Strati使用的大幅面增材制造3D打印機(jī)，能夠打印3英尺×5英尺×10英尺(約合90厘米×152厘米×305厘米)的零部件。車身一體成型，由3D打印機(jī)打印，共有212層碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料?；貜?fù)“3D打印”，查看更多
辛辛那提公司提供的大幅面增材制造3D打印機(jī)，碳纖維增強(qiáng)ABS塑料的熔融沉積速度可達(dá)到每小時(shí)40磅，能夠打印3英尺×5英尺×10英尺的零部件。Strati只有40個(gè)零部件。除了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、電池、輪胎、車輪、線路、電動(dòng)馬達(dá)和擋風(fēng)玻璃外(大部分來自一輛雷諾Twizy或者采用傳統(tǒng)制造技術(shù)制造)，包括底盤、儀表板、座椅和車身在內(nèi)的余下部件均由3D打印機(jī)打印，所用材料為碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料。
圖12：雷諾Twizy
利用高能高聚集度的電子束固化樹脂基復(fù)合材料,不需壓罐室溫固化節(jié)省能耗,時(shí)間及模具費(fèi)用降低成本能夠成形大型整體部件減少部件翹曲和變形，更好的控制外形。
圖13：電子束固化技術(shù)
美國海歸博士韓楠林團(tuán)隊(duì)韓氏三維織物(Han -3 D -Fabrics)和韓氏三維復(fù)合材料(Han 3 D-Com-posites)世界上首次將纖維粘帶技術(shù)與復(fù)合材料相結(jié)合，高效低成本制成了三維骨架材料和三維復(fù)合材料，并成功地實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)纖維在復(fù)合材料基體中的二維鋪設(shè)向三維鋪設(shè)轉(zhuǎn)變。
抗撕裂強(qiáng)度提高50%～100%，抗沖擊強(qiáng)度提高50%～100%，界面剪切強(qiáng)度提高15%。同時(shí)取代人工疊層，實(shí)現(xiàn)纖維疊層自動(dòng)化，提高復(fù)合材料生產(chǎn)效率70%～90%，降低生產(chǎn)成本50%以上。
圖14：韓楠林博士因此榮膺“JEC巴黎創(chuàng)新獎(jiǎng)”，右邊是師昌緒老先生
中國第一個(gè)CFRP量產(chǎn)型電動(dòng)汽車8萬輛/年，奧新鹿曦e25緊湊型A級車及奧新鶴影e45高端公務(wù)車，國內(nèi)首次在量產(chǎn)汽車上使用的全碳纖維材質(zhì)乘客艙設(shè)計(jì)，采用HP-RTM和LFT-D復(fù)合材料成型工藝。
圖15：奧新鶴影e45高端公務(wù)車
碳纖維整體非承載式車身取消了前處理和中涂等傳統(tǒng)涂裝工藝。通過覆蓋件與內(nèi)板件粘合形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度功能、優(yōu)化集成零件模塊，整車零部件數(shù)量減少至傳統(tǒng)汽車零部件40%。更加節(jié)能和環(huán)保。實(shí)現(xiàn)了整車制造工藝的顛覆性突破?；貜?fù)“碳纖維”，查看更多
康得投資集團(tuán)有限公司董事長鐘玉先生應(yīng)邀參加李克強(qiáng)總理率領(lǐng)的中國代表團(tuán)，出席了以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”為主題的第七屆中德經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作論壇；與德國高盛集團(tuán)就“新能源電動(dòng)汽車碳纖維車體及部件的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”簽署了總額為4億歐元的投資合作協(xié)議。默克爾總理和李克強(qiáng)總理親切接見了鐘玉先生。
圖16：默克爾總理和李克強(qiáng)總理親切接見了鐘玉先生
公司與德國國家級碳纖維復(fù)合材料研究中心德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)碳纖維復(fù)合材料研究中心簽訂協(xié)議。該中心具有世界領(lǐng)先研究水平，對寶馬、奧迪、SGL等公司長期提供技術(shù)支持。同時(shí)還決定設(shè)立康得新-雷丁汽車設(shè)計(jì)中心。建立具有國際領(lǐng)先水平的汽車輕量化解決方案設(shè)計(jì)中心。
雷丁汽車是一家專精汽車及汽車輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)的領(lǐng)先技術(shù)公司，擁有專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開發(fā)設(shè)計(jì)了全碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的跑車Roding Roadster等多款產(chǎn)品，其在德國雷丁市及慕尼黑設(shè)有研發(fā)基地及工程設(shè)計(jì)中心。自建立始，雷丁便專注于碳纖維復(fù)合材料在汽車輕量化領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用工作，同寶馬、保時(shí)捷、西門子及SGL集團(tuán)等在汽車設(shè)計(jì)及輕量化應(yīng)用領(lǐng)域開展廣泛合作，為上述公司的產(chǎn)品輕量化提供了一流解決方案。
1）浸漬樹脂體系研究
用粘性適中，流動(dòng)性可控;高溫固化樹脂體系熱熔法工藝浸漬48 KCF，聚芳醚酮改性環(huán)氧樹脂體系、熱熔法制作的改性環(huán)氧樹脂體系。
解決了樹脂與大絲束碳纖維間的相容性問題，大絲束CF的厚度與小絲束相同，CFRP 橫向拉伸強(qiáng)度得到了較大的提升。
圖17：通過過調(diào)整膠槽外的超聲波的強(qiáng)度和作用時(shí)間使大絲束碳纖維物理開纖，達(dá)到理想的浸潤效果
2）大絲束碳纖維薄層化裝置展紗異形輥
用自制大絲束碳纖維薄層化裝置展紗異形輥，使SIGRAFIL C30 T050 EPY (50 K)寬度從從6 mm分散到了28 mm，厚度從0.4 mm薄層化至0.085 mm;滲透率降低為原來的0.47倍，滲透均勻性有明顯提高，CFRP內(nèi)部缺陷大大減少。
圖18：大絲束碳纖維薄層化裝置展紗異形輥
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該文章節(jié)選潘鼎教授PPT，PPT原題目為《車用碳纖維材料-國內(nèi)外現(xiàn)狀及應(yīng)用開發(fā)進(jìn)展》，需要完整PPT的朋友可以聯(lián)系小編：18319055312。轉(zhuǎn)載請注明來源
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