复合材料在加速实现汽车轻量化市场上的应用

复合材料经常被用于赛车运动和小批量高端、豪华汽车中，而且大多倾向于使用连续碳纤维材料。从2021到2022年，在这两个领域都得到了持续性的增长。对于成本较为敏感的中、高批量生产的车型，复合材料主要通过连续玻璃纤维增强聚合物（GFRP）以及短切纤维模塑复合材料，包括片状模塑料（SMC）车身面板和框架、团状模塑胶（BMC）壳体和支撑结构以及用于保险杠框架、升降门和座椅结构的注塑热塑性塑料等方面的应用持续保持稳步的增长，根据Stratview Research 2019年11月的一份报告，复合材料在汽车中的顶级应用按体积顺序为发动机罩下部件、外部和内部。另一个增长的市场是悬架部件和驱动轴。除板簧外，还包括：

▶用于Ram1500半吨皮卡的混合玻璃纤维复合材料/铝上部控制臂，由Stellantis和一级供应商Iljin Group共同开发；

▶福特汽车公司使用SMC和预浸料开发的后悬架转向节；

▶Marelli开发的高级SMC转向节；

▶Saint Jean Industries公司使用Hexcel的预浸料制成的混合碳纤维/铝悬架转向节；

▶Shape Machining公司在铝上压制成型的碳纤维/环氧树脂悬挂；

▶IFA复合材料公司开发的CFRP平稳杆；

▶Williams Advanced Engineering公司使用回收碳纤维和新开发的RACETRAK工艺，在90秒内成型CFRP叉臂悬挂；

▶拱形、多功能单向（UD）玻璃纤维/环氧树脂前轴“叶片”，包括悬架、防振动/噪音和防侧倾；

▶Dynexa公司开发的CFRP传动轴； 2021宣布的最著名的悬挂结构之一是由Rassini（Piedras Negras，墨西哥）为MY 2021福特F-150皮卡车开发的碳纤维后悬挂系统（上图）。该高负载部件由Rassini使用树脂转移模塑（RTM）制造，用Hexion的EPIKOTE树脂TRAC 06150和EPIKURE固化剂TRAC 0650环氧树脂系统制作的玻璃纤维增强件。根据Hexion发布的信息，EPIKOTE树脂TRAC 06720粘合剂对于织物稳定和织物层的大方向叠层的自动预成型至关重要，并且与快速固化树脂系统完全兼容。

在外观方面，超轻量SMC仍然低于1.0克/立方厘米（g/cc），碳纤维也在取得了很大进展，Polynt Composites、AOC和Teijin Automotive Technologies在过去几年都增加了新的SMC生产线，所有这些都有能力制造碳纤维SMC。

Polynt还将Polynt RECarbon再生纤维SMC引入其产品系列，以及UDCarbon和TXTCarbon化合物，分别采用UD和织物增强材料。这些产品的潜力可以在Magna International和福特汽车公司完成的前副车架开发项目中看到，该项目使用局部增强和共成型的短切碳纤维SMC，以及由碳纤维0°/90°无卷曲织物（NCF）制成的SMC贴片。该SMC结构的副车架必须能够承受大载荷，支撑发动机和底盘部件，包括转向器和支撑车轮的下摆臂。虽然只是一个开发部分，但它实现了82%的零件减量，用两个压缩成型的复合材料部件和六个包覆成型不锈钢插件替换了54个冲压钢零件，同时34%的轻量化。

01、电池外壳 汽车复合材料的另一个重要推动力是全球推行的2050年实现零排放，这将促进电动汽车（EV）的开发和生产的大幅度增加。2020年9月，加利福尼亚州宣布，将要求该州销售的所有新乘用车和卡车在2035年前实现无排放。与此同时，欧盟提出了2030年的目标，将新车二氧化碳减排目标设定为37.5%。BloombergNEF先进材料负责人朱莉娅·阿特伍德在IACMI 2020年秋季成员会议上表示，到2025年，电动汽车的平均价格预计将降至内燃机（ICE）汽车的价格以下。她预测，到2037年，全球电动汽车销量将超过ICE汽车，到2050年将达到5000万辆/年。

动力总成技术中范式转变在大规模引入对坚固的电池外壳系统的需求，该系统能够满足严格的机械和冲击要求，以及在电池起火时保护车辆乘员的防火、防烟和毒性性能。此外，由于电池组给车辆增加了很大的重量，因此要求尽可能的减轻外壳的重量。

由于所有这些原因，复合材料在电池外壳应用中被证明是非常有利的，并且这些结构正在为复合材料在地面运输中，诸如汽车、卡车、公共汽车和其他车辆中的使用提供了主要机会。