碳纖維能用在量產車上嗎？

01-12

碳纖維的強度很好，又很輕，為什麼目前還沒有大量應用在量產車上呢，會有什麼問題嗎？

先回答答案：碳纖維不僅能用在現在的量產車上，而且它的性質決定了它在所有的地內、地外、外地行星等未來交通工具中都有著舉足輕重的地位——具體到在量產車上的目標，就是大規模全面取代其中的主要金屬結構件。我們有理由相信，二十一世紀的交通工業生產一定會實現大規模的以碳纖為主、玻纖為輔助的一體化、自動化、智能化成型，而這不僅僅局限在量產汽車上面，更會往更多的便利、軌道、軍事運輸工具擴展。而其遲遲沒有大規模應用的原因、目前制約碳纖維在汽車行業大用、用好的主要因素有四：

較高的材料加工成本；

相對較為緩慢的材料——產品生產周期；

材料的回收性能；

工業界整體對碳纖維復材可靠性的信心和質疑。

下面來詳細逐項說說這個已經迸發出曙光的新世紀工業問題。

首先，答主所說的「碳纖維」，並不是作為單根單根的纖維出現在最終產品中的。其在所有產品中基本是以，自誕生伊始就是為了服務航空航天產業的聚合物基複合材料（Polymeric Matrix Composites，簡稱PMC）的形態出現的，我們常說的碳纖維複合材料（下簡稱碳纖復材）則是其中最引人矚目的一種。作為兩相[即兩種各項性能都完全不同的材料——在碳纖維復材體現的是增強纖維（reinforced-fibre）與基體(matrix)] 材料，碳纖維的高拉伸拉伸（tensile）與壓縮(compressive)性能 (其實就是纖維的軸向性能，axial performance) 的直接表現就是高模量，因此在碳纖復材中擔任主要的承力組件；而作為模量相對較小的基體，則是擔任傳導應力的作用。

傳統碳纖維復材的兩種半成品形態——預浸料（左）與織物（右）（圖中的纖維被稱為filament，這是美國慣用稱法，全球公用是用fibre，有些人就喜歡搞特殊……）圖轉自美國聯邦航空管理局（FAA）工作文件

這樣的搭配，就讓碳纖復材整體的模量與密度比——比模量（specific modulus）變得很高：則同等強度下比金屬等傳統材料更輕。

各種常用工程材料的比模量、比強度對比

碳纖維復材自從1981年，邁凱倫 McLaren MP4-1車型的閃亮登場，碳纖復材首次亮相F1賽場，這更是被視為其正式出現在汽車工業的範圍內。而直到今天，碳纖復材依然是和高端轎跑緊密相連的。而提起碳纖維在汽車工業的大規模應用，成本控制就是我們首當其衝應該解決的問題。

全地球第一款採用碳纖復材設計的汽車——邁凱倫MP4-1，圖轉自維基

談到成本就要談談碳纖維的生產流程了——也就是錢是怎麼被花掉的。目前業界主要的碳纖維生產採用的是聚丙烯腈基碳纖維（poly-acrylonitrile，簡稱PAN）生產流程如下圖，而這種生產流程需要的工藝精細程度、原材料預處理程度和設備要求程度，都比傳統的金屬加工要複雜和更資本集中得多，而工藝的把控又是其中最重要的一點。在碳纖維的製造中，有時候同樣的一條生產線，機器、設備、原材料和生產參數完全都一樣，但產出的碳纖維質量就是不同，這就是很基本的工藝控制，需要大量的生產經驗積累才能做好這一環。同時，用PAN流程生產出碳纖維的需要消耗大量的能源來把前驅體（Precursor）中不需要的成分一個接一個地去除；而且作為生產前驅體的PAN又是一個化工產品，其價格直接與國際油價掛鉤，近些年來油價下跌得很厲害，可是讓我們想像一下在油價超過100美元每桶的08年，生產同樣質量的碳纖維其成本將會上漲多少——可偏偏前驅體的成本基本就佔據了碳纖維材料成本的接近一半，高達43%（曼徹斯特大學12年的數據）。

一條成熟的PAN基碳纖維生產線示意圖

以上種種原因，造成了碳纖維車身的價格，與傳統的鋼鐵車身價格相比，遠遠達不到「具有市場競爭力」和「可以大規模生產」。更不要說，碳纖維生產流程中的的毒性與環境破壞度，相比起傳統的金屬加工業，也是讓人詬病的一點。

碳纖維車身（右）生產與鋼材車身（左）生產的成本對比分解圖，圖中為09年的數據對比，來自於2011年Rocky

Mountain Institute的產業報告

有了上面的各種條件制約，我們就可以理解為什麼現在一架普通的消費級汽車的車身重量中，僅有如此可憐的一小部分是由碳纖維做的，僅有可憐的0.007%wt——因為太貴了。當然這裡面也有因為碳纖復材密度低的原因，但這也沒法改變碳纖復材的製作部件主要還是如車頂、防撞欄、尾翼、車前蓋等非主要部件。

可以說如果回到十年前的碳纖維市場，前景在何方，大家可能都猜到會是在汽車行業。但具體怎麼做和有什麼要求，沒人知道。

這個時候，噹噹噹噹，歐盟響噹噹地站了出來——提出了一個往後幾十年的雄心勃勃的減排計劃。這個計劃直接促成了這一輪的新能源改革，以至於為碳纖維產業在今後幾十年的飛速發展提供了最重要的驅動力。這個新能源革命反應到汽車工業中，便是用更少的能源，行駛更多的公里數，同時排放更少的二氧化碳。下圖是按照地區區分的汽車行駛每一公里二氧化碳的平均排放量，可以看到預期到2020年，整個歐盟將要從2000年的170降至95，幾乎掉了一半。

標準路面測試下的每公里二氧化碳排放量（克）按地區對比圖，最下面的一條曲線就是歐盟全體的標準與預測。圖表來源Jaguar-landrover創新材料事業部經理Robert Crow在2015年複合材料英法研討會上做的演講，搞笑的是他是英國人，然後現在英國脫歐了……- -|||

對於二氧化碳的減排，我個人是持否定態度的。借用我國科學院院士丁仲禮的一句話：地球用不著你拯救，這是人類自己拯救自己的問題。但是用更少的能源，跑更多的路，這個能源利用效率的提升，卻是任何有基礎數理知識的人都能輕易理解的其益處所在的。那麼要達到這個目標，只有三個方法：

把車的重量降低；

汽車動力效率提升；

前兩者相結合，也是傳統汽車最難做到的一點。

但因為由傳統的化石能源（fossil fuel）驅動的汽油機和柴油機，在車身結構上不可避免地要使用大量的耐高溫金屬來連鑄發動機組件，這即便是使用了最新的鋁合金或是鎂鋁合金鑄造技術，其減重效果也不太理想。那麼面對新形勢下的新需求和新的技術革命要求，以達到上面提到的最後一點，各大車企紛紛把目光投向了碳纖維復材——這個再高端轎跑上已經被驗證可用的減重技術。可是碳纖維復材耐不了高溫啊，怎麼辦？

這就是為什麼現在電動車和新能源汽車等概念如此之火的主要原因——我們可以用電動車，不再單獨依賴燃燒的技術了。各大汽車廠商是紛紛發力，其中以寶馬集團獨佔鰲頭，於前幾年開發出了世界上第一款大批量生產的全碳纖維車架電動車，主打城市通勤交通的i-系列車，i-3。其他的廠商也都雄心勃勃，緊隨其後。

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周末好好休息了一會兒，接著更新。

既然寶馬集團i系列電動車的成功上市經營標誌著碳纖維材料大規模在汽車製造業的應用，那麼寶馬又是怎樣成功的跨越了上面所提及的諸多障礙的呢？

首先，使用碳纖維的成本必須要下降，這個是首當其衝的。寶馬的做法，是尋求與有實力的碳纖維生產商，與其達成戰略聯盟——實現的手段就是成立合資子公司，或者購買其纖維生產商公司的大量股份以謀求長時間、穩定的供貨。具體到i系列生產線上，寶馬相中的就是SGL集團。在與SGL集團達成了戰略合作夥伴協議後，2010年的7月在美國華盛頓州的摩西湖市（Moses lake）SGL集團開始建造專門給位於德國萊比錫寶馬工廠提供高質量碳纖維的生產車間，截止我目前寫這篇文章截止，莫西湖工廠已經擁有了單棟年產量300+噸的車間3個，整個工廠年產量近1000噸，完全滿足了寶馬i系列i-3和i-8的需求。而與此同時，除寶馬外的各大廠商也紛紛與各化工巨頭合作，紛紛走出了自己的「碳纖維供應+車廠」的路線，有效地控制了在碳纖維材料源頭上的成本支出，其詳細信息如下圖所示。

各大汽車廠商（左）與各大化工、碳纖維公司（右）的合作聯盟示意圖，箭頭表示的是汽車廠商主要依賴的碳纖維復材成型技術

在這裡有一家國內的公司可以一提，那就是康得集團下的復材事業公司：康得復材（康得複合材料有限責任公司）。利益相關：本人跟這家公司並沒關係。其母集團康得集團旗下已經展開了「負責碳纖維生產的中安信公司+河北廊坊復材廠區+德國慕尼黑研發中心+北汽為主的各大北方汽車集團」的戰略布局，而且作為碳纖維生產廠的中安信公司也被康得所擁有，可以說比寶馬等廠家在獨立自主的道路上走得更遠一點。如果有想向汽車復材方向發展的朋友，不妨多關注關注康得這家公司的動態，很具有行業代表性。

其次，就是碳纖維復材的成型問題。碳纖維複合材料的出生伊始是為了服務於航空產業。航空產業的生產產品特點就是：數量少、批次少、質量高。而這種特點則促生了以預浸料（Prepreg）和複合材料帶（Tape）與大量的手工處理——如熱壓罐（Autoclave）或真空袋（Vacuum

bagging）成型——相結合的成型工藝。這些成型工藝的特點就是時間消耗周期長，組件尺寸大，且更偏向於一體化成型以對抗碳纖維復材最嚴重的問題——分層（delamination）。

如上圖所示，傳統碳纖維復材結構的製造多是以類似一片一片的「布」，也就是預浸料，粘合在一起，然後進行熱壓罐處理，讓多為熱固性材料（其中以環氧樹脂為主）的基體進行交聯反應（cross-linking），最終成型。而高端轎車或者跑車的復材成型工藝也繼承了航空業界的特點。但對於汽車行業這種具有大規模、多批次、中等質量要求的行業來說，傳統的工藝自然不能滿足多部件、小尺寸的汽車零件生產。所以，如寶馬i-3/8的生產線，就採取了樹脂導入成型，簡稱RTM（Resin Infusion

Moulding）的技術，成功地將部件生產周期縮短到了10分鐘左右，這相比起之前使用預浸料+熱壓罐工藝的動輒幾小時來說，可以說是質量的飛躍，其對比如下圖。

對比之前各大廠商的圖，細心的讀者或者發現，RTM或者其衍生技術如高壓RTM（HP-RTM）等，特別為各大廠商所青睞，這不僅僅是因為RTM及其子工藝能夠短時間之內成型，更是因為由RTM生產出來的產品，具有非常好的表面處理性能，能夠符合汽車行業的A級表面要求，從而讓消費者手中的汽車表面更光彩奪目和平滑好看，增加產品的賣點。

有興趣的朋友，完全可以去youku或者youtube上面找一下寶馬萊比錫工廠i系列的生產視頻,總共分四集，讓你全面了解從碳纖維原絲開始，到最後的i系列整車生產整個流程都有。我這裡給出部分視頻地址，歡迎大家去看看，多了解了解這個未來汽車行業的趨勢。

Youku:

寶馬i3的生產第1集

Youtube:

今天先到這，之後再談談碳纖維及其復材回收的問題。

成本高啊，還有維修問題，所以大多時候碳纖維出現在超跑上。不過現在寶馬i3也用上了碳纖維車架，這是我所知道的最便宜的碳纖維汽車，據說寶馬已掌握大規模生產碳纖維技術。

當然可以。

寶馬和三菱麗陽、戴姆勒和東麗、通用和帝人都已經開始合作進行碳纖維在車體應用的開發計劃。這些碳纖維材料普遍被應用在高端車型上，以便保證較高的接受程度，推向對價格不敏感的客戶群體。

民用車尚不能普及碳纖維一方面因為貴，二方面利潤低，定位不符。目前採用碳纖維材料的均為歐美品牌，其他企業因為和鋼鐵企業合作過於緊密抑或者鋼鐵技術比較先進導致它們對使用碳纖維材料持消極態度。

為什麼不用更便宜的玻璃鋼呢？

前年就量產了，寶馬早就在做。

一個是成本。

一個是可修復性的問題，基本壞了就得換新的，其實還是回到了成本上。

貴

限於成本目前無法量產，不過在2020年有望能與鋁製車架同價位。還是挺貴的啊……

手機碼，給個新聞報道關鍵字

外媒曝寶馬碳纖維工藝 2020年內攤薄成本

搶答一發.

看了前幾個答案，不得不說：理論與現實差距甚遠。

（拋磚引玉，全文碼字，無陽春白雪）

首先，首先，首先，題主問題為「碳纖維能用在量產車上嗎？」

根據目前主機廠SOP流程，這個問題至少應分為「碳纖維」本身與「量產車」要求。

高票答案全面的說明了「」碳纖維「」本身在生產與成本方面的瓶頸。那我就從主機廠自身的開發流程與生產流程來說明一下（G8-G1）。

寫在前面：

問：碳纖維能用在量產車上嗎？答：當然可以！但現在不可以，至少在量產車上。

一種材料能不能用於（SOP）量產除了「價格（成本）」以外，而要至少根據：

1、研發設計需要

2、採購與供應商生產可能

3、生產工藝符合

4、物流運輸支持

來決定其是否「適合」用於量產。

1、研發設計需求：

目前全球及國內主機廠基本都配套自主研發機構，而研發設計的車輛在市場的受歡迎度基本決定主機廠在未來幾年的競爭力。說白了就是你設計的車能不能賣得出去（當然銷售也有關係）。

通常一款「走量車」（GS4、途觀、寶駿510、H6、博越、昂科威、朗逸、軒逸、英朗、卡羅拉、邁騰）的生命周期在3-7年，國產車更短，為了保持競爭力每年要做小改款。而研發在小改與大改時候通常權衡的是「動力總成、外觀優化、內飾材料」等。

即：低端設計需求由市場決定，高端設計引領消費。

再說回「碳纖維」，按目前國內市場來說，你和我在買車時，不會因為車上有多大面積的碳纖維而萌生購買慾望。縱觀國內現狀，至少在現在「碳纖維」這種材料目前沒有引領消費或促進消費的作用，在消費級量產車中當然是一種「價值很低」的選項。

即：「碳纖維」按一種量產車設計材料來說不代表或不（大幅）提高「研發力」。

2、採購與供應商生產可能（G7-G1）：

採購在做採購計劃時，要根據設計定位來權衡物料成本，以符合盈利需求。

當然，碳纖維本身的高成本（請參考禹崢嶸回答），對比目前廣泛應用在5-12萬（國產走量車）汽車中的PP、PA、ABS、鋼來說完全無立足之地。

再從供應商角度來說，工程塑料等材料優異的生產方式（吹塑、注塑、熔接）和優化更改方式，是碳纖維完全不能比的。就算拿題主所說的「碳纖維強度好」來說，按目前60JPH線速計算，供應商（例如前後保）一天至少生產1000-1200*2件才能跟上產能（不包括分裝與物流），但目前工藝流程完全不能滿足。

即：碳纖維材料的「強度」與產能/工藝不相符合。

再從供應商的材料替換價值來說，作為外飾件不能滿足產能（且碳纖維所能起到的作用其他材料均能找到替代），作為內飾件又無法/沒必要替代（小到）PEPS/ECU外殼（工程塑料）、儀錶板總成(聚酯/工程塑料)的功能性/易用性。

而像高端車所做的全車身（側圍，四門二蓋，內飾，前後保，翼子板）使用碳纖維或作為內飾裝飾件，在量產車上不是必然需求，也不是未來發展的必然方向，而只是一種選擇。

即：碳纖維的優點目前不為「必需品」或可找到替代。

3、生產工藝符合（G4-G1）

這裡所說的是主機廠的工藝流程，即這種材料在車間生產所遇到的問題/影響。

就目前來看，退一萬步講，供應商找的了完美成型方式，產能也跟得上，碳纖維材料（工藝角度）比傳統塑料件要更硬，作為外飾件,裝配中間隙面差是否易於控制？參數是否符合要求？與碳纖維配合的零部件是否更易損壞？碳纖維與碳纖維如何連接？傳統的沖、焊、塗、總是否要推倒重做？

以上所有問題涉及到主機廠的成本，全車身碳纖維意味著沖焊塗總的布局死亡，意味著廠房投資與設備重建。

即：全車身碳纖維意味著傳統死亡與新生，意味著巨大的成本與風險。

4、物流運輸支持（SOP）

新材料不僅在生產過程中存在難題，也在原材料運輸、過程轉運、以及整車轉運中同樣危機重重。

抗震性、外觀性能、耐腐蝕性等是過程中需要的必要性能。

總結：一種材料的廣泛應用，不是由他單一的優點所能決定的，而是由他無數的短板決定的。

近年來一種紅得發紫的新材料——碳纖維。此次材料因為很好的抗拉強度指標，以及較低的密度，經常被用於各個行業各個領域。其實，碳纖維用於車輛領域，起碼20年前就開始了。甚至被用於體育運動器材，比如專業比賽自行車上。當初，冬季寒冷的氣候下，碳纖維自行車在衝擊下突然脆斷的問題一直困擾著運動員。雖然後來工藝的進步，部分改善了這個缺陷，但卻一直沒能根治。之後的運動隊，冬季訓練用車全部都改為金屬車架的自行車。要知道，身為專業運動員團隊使用的頂級器材，一台單車都價格接近10萬，用材可都是日本東麗進口的高端纖維。就是此級別的產品尚存在這樣的缺陷，用於汽車領域的碳纖，難道就沒有絲毫的該類隱患？

圖片來自貼吧，侵刪

量產車除了超跑就是寶馬i3和i8了吧，有朋友指出還有全新7系，不好意思，我一直覺得i8算不上超跑。很多答主都說了成本的問題，這當然也是很重要的原因之一，但是還有更重要的，就是

碳纖維車身是一體成型的，如果受到撞擊和損壞只能整體換新，無法通過板金方式維修。當然也有通過碳纖維布和環氧樹脂填補的方法維修的，但是整體結構已經破壞，修補後的結構強度達不到原有的標準，使用風險增加。

而整體換新的話，一套寶馬i3的碳纖維車身在10萬到15萬之間，撞一下就要花這麼多錢，必然不符合日常使用的需求啊，所以成本即使如其他答主所說降到鋁合金的成本也不會大量普及，當然有些鋁製車身板件也是不能板金修復的，所以只在一些高端車型上使用。

成本！成本！成本！

題主問題是為啥不能用在量產車上，再copy一堆東西扯犢子強度硬度耐腐蝕什麼的就是耍流氓了。

那麼碳纖要用在量產車什麼部位呢？

用在車身，開車小碰一下劃一下，換了CFRP不能鈑金也不能焊接，弄個小坑處女座就得直接換件啊，那用戶修車成本比合金高了不是一個等級啊。

用在車架，現在的確有一些自行車，高端車車架部分採用了CFRP或者GFRP，但是大面積應用是不可能啊。FRP天生的優點也是缺點就是各向異性，別跟我扯什麼編織方式抵消各向異性，車輛事故一萬個角度入侵駕駛室，再怎麼個編織方式也沒辦法保證每個角度都達到合適的耐草等級啊。

用在內飾，what？PP和PE不比碳纖輕不比碳纖便宜啊？不行我可以用發泡的啊，再不行我可以用玻纖啊，CFRP那麼貴，不帶這麼打土豪的啊。

最後最後，現在國內量產的碳纖等級充其量就是T800...離日本美國還有很長的差距。希望天才的工程師們能早日解決成本和應用問題，我也想早日開上碳纖的宇宙灰船，我們的征程是星辰大海啊。

碳纖維不是早應用在汽車上了嗎

早的就是F1 近的就是現在很多超跑的駕駛艙改全碳了。 m3什麼的車頂全碳

不過碳纖維材料應用在汽車上有個弱點，事故或撞擊後無法修復。

而且碳纖維本身也比較怕撞擊，衝擊大了就斷了。

貴，現在很多車都用了

能，但是車的售價會高很多，你願意買單嗎？中國現在的這個交通環境，碳纖維的維護成本也會高很多，直接增加養車成本，你願意承受嗎？問題在這裡

其實就是因為成本高，像剛上市不久的阿爾法，茱麗葉因為車子是逆向開發的所以他沿用了四葉草版本的全碳纖維傳動軸，大多數的車子都是正向開發的，先有普通版在研發的性能版。

成本高，容易碎

碳纖能量產，但是量肯定不能是那種特別大的車。感覺它製造過程有點兒像做玻璃纖維的浴缸之類的東西，纖維醬膠水磨具一層層糊的……車殼的鈑金就衝壓一下然後就噴漆去了……哦，寫到噴漆想起來了，油漆得先下電泳池子，要不掛不上底漆……這個做碳纖的也得考慮……綜合起來感覺工藝成本和耗時都會很長的……

成本過高，生產工藝沒有達到量產標準。

其實並沒有什麼優秀的地方啊超級跑車可以用民用車這個材料太脆了剛性過分柔性不足