从80年代末开始，许多OEM厂商，尤其是法拉利和迈凯轮开始使用碳纤维部件，通过减重，提升赛道用车和超级跑车的操控性能。随着全球变暖的气候问题日益凸显，2009年哥本哈根全球气候峰会上提出“节能减排”口号以后，各国均出台了降低燃油车油耗和CO2排放量的强制性的法规和标准，汽车轻量化提上日程。尤其是新能源车对汽车车身重量的特殊要求，碳纤维复合材料似乎成了汽车材料减重的终极选择。

随着宝马在i3车型中批量化使用碳纤维复合材料，让碳纤维受到了全球汽车行业的特别关注。为了适应汽车行业生产节拍，宝马在选择复合材料成型工艺的时候专注于湿法工艺，例如对传统的RTM工艺进行优化，提出的HP-RTM工艺，湿法模压工艺等，这些工艺的研发改进是成功的，2019年宝马i3的全球销量突破了15万台，验证了碳纤维的在汽车领域的批量化应用的可行性。但是HP-RTM和湿法模压等湿法工艺并不能满足所有类型的汽车零部件的设计生产，例如车身外覆盖件、内外饰等需要完美碳纤维织物纹路的零部件，含有倒扣结构的复杂特征承力零部件，非连续纤维结构的复合材料汽车零部件等等，这些都不可能用单一一种工艺实现批量生产。

自宝马成功应用后，许多公司，特别是初创公司越来越多地在汽车制造中尝试使用碳纤维，希望能在借鉴宝马案例的基础上探索开发适合多种汽车零部件批量生产的复合材料设计、制造的方法。相对于全金属结构车身，目前碳纤维材料是集轻量化和高性能于一体的唯一选择，多种成型工艺的混合使用，也是碳纤维复合材料在汽车上应用的必然。

邸娥梅女士现场举了一个案例：前途K50机盖，0.8毫米的金属机盖重量为12kg，而1.1毫米的碳纤维机盖重量仅为3kg。计算综合成本将降低14%，其中包括模具成本降低48%，资本支出（CAPEX）降低36%。因此合理的使用碳纤维的关键是需要进行有效地设计和制造，来实现降低成本的目标。与金属材料不同，纤维增强复合材料是各向异性材料，本身既是一种材料又是一种结构。构成复合材料的纤维和树脂是一级结构，含有铺层数量和铺层角度的层合板结构是二级结构，具体的产品特征结构是三级结构。鉴于复合材料本身的结构复杂性，面向生产制造的复合材料产品设计是碳纤维复合材料是否能在汽车上应用的灵魂核心。机盖由外板、内板和配件组成，既需要满足刚度要求，又需要保证重量最轻，又要可以生产制造，怎么做？这需要面向制造的产品设计！

邸娥梅女士表示，这需要从材料选择开始就要考虑到用什么方法生产的问题，即技术路线选择。对于复合材料，不同的材料对应了不同的工艺类型，也就对应了不同的层合板性能，即使相同的碳纤维型号和相同的树脂型号，采用不同的工艺方法制造，材料的性能就有很大的差异。例如预浸料热压罐成型、预浸料模压成型、RTM成型等制备的材料样板，因为材料纤维体积含量、空隙率的差异，性能就存在不同。后续进行CAE仿真分析的输入就会不一样，设计出来的产品结构就会存在差异。更不要说复合材料的铺层层数设计、角度设计所带来的设计差异，也会很大程度上影响生产制造。结构复杂，纤维布/预浸料的铺覆性差，就需要分块铺贴，分块势必会产生连续纤维的断裂，直接影响力的传递性，分块的多少又直接影响铺贴工序的效率。所以复合材料的汽车零部件设计需要综合考虑权衡。

邸娥梅，主任工程师，碳纤维专家，苏州华特时代碳纤维有限公司研发部门负责人。在复合材料领域发表多篇期刊论文并拥有多项专利。在过去的近10年中，邸娥梅女士致力于碳纤维材料的应用和设计开发，涉及航天器、轨道交通、飞机内饰以及汽车结构件和外饰件等多领域。

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