CFRP(碳纤维增强聚合物)应用的战略优势
By www.cfrp.com.cn
如今的市场上有名目繁多的轻金属和超轻钢产品，谁能最终赢得商家的亲睐，要取决于其综合性能优势了。但大致来说，金属材料制品无法为汽车商家提供与使用了新技术的复合材料相同的战略优势。一旦这些技术达到规模化，技术成熟时，就能以汽车行业的成本和速度提供给航空业相同优质的产品。
至今，没有任何一项技术能像CFRP(碳纤维增强聚合物)一样如此迅速的帮助汽车制造商达到他们的减重目标。其实，在一级方程式赛车等极限运动中碳纤维增强聚合物早已得到应用，它在有效减重、改善造型、优化空气动力学外形、降低模具投资、降低腐蚀和凹陷，改善噪音和振动阻尼，在高速撞击中保护乘员安全等众多方面，可谓无与伦比。
性价比分析
碳纤维的主要优势在于它的强度重量比，重量仅仅相当于钢材的百分之二十，但却拥有不减分的刚度。由美国橡树岭国家实验室（ORNL，田纳西州橡树岭）的实验表明，用碳复合结构取代目前的钢体车身，可以大规模减少高达百分之六十的车重，进而提高百分之三十的燃油效率。换句话说，碳纤维增强复合材料意味着在毫不损失汽车性能的前提下，还能同时减轻车身（包括硬件，刹车，引擎等）的重量和降低成本。这些不仅对于让传统内燃机满足新的燃油经济标准来说是极其重要的，还关系到如何抵消因使用替代动力传动汽车而增加了的重量，比如来自电动电池组，燃料电池储气瓶等必不可少的设备。
安全性显然是最首要关注的问题，尤其对于小型车。复合材料较之其他重要的结构材料，可以提供最高的能量吸收效率。热固性（如环氧树脂）碳纤维复合材料粉碎锥及类似能量吸收结构可以吸收约120千焦耳/公斤的能量，如果使用热塑性树脂则能吸收250千焦耳/公斤，相比之下，钢材的吸收效率为20千焦/公斤。
虽然相对同样的钢材制件，碳纤维复合材料制件可以有效减重达50至60%，但考虑到其材料和加工成本的话，要比钢材高出2至10倍。要正确地看待这一点，我们需要横向对比其他材料：相对钢材，玻璃纤维增强复合材料减重25至35%，成本略高出1.5倍；镁减重60至75%，成本高出1.5至2.5倍；铝减重40至60%，成本高出1.3至2倍。
如何降低成本？
不幸的是，碳纤维成本的51%直接取决于它的前体成本，如聚丙烯腈（PAN），人造丝，石油沥青。这些前体又与石油成本密不可分。实验人员（公共和私人）已经就如何降低或者找寻成本更低的替代品进行了大量研究工作。美国能源部（DOE），橡树岭国家实验室和汽车复合材料协会（ACC）都多年致力于提高汽车燃油效率的课题。现有的研究表明，即使目前的商业碳纤维生产能够实现规模化，适应乘用车的增长，传统碳纤维的价位仍然不会低于8美元每磅的单价。因此，研究工作都集中在发展替代前体（诸如可再生木质素）和替代处理技术（例如，高级氧化反应器，微波辅助离子技术）上，有望能借此将碳纤维生产成本减少到5美元到7元。
如今的市场上有名目繁多的轻金属和超轻钢产品，谁能最终赢得商家的亲睐，要取决于其综合性能优势了。但大致来说，金属材料制品无法为汽车商家提供与使用了新技术的复合材料相同的战略优势。一旦这些技术达到规模化，技术成熟时，就能以汽车行业的成本和速度提供给航空业相同优质的产品。
至今，没有任何一项技术能像CFRP(碳纤维增强聚合物)一样如此迅速的帮助汽车制造商达到他们的减重目标。其实，在一级方程式赛车等极限运动中碳纤维增强聚合物早已得到应用，它在有效减重、改善造型、优化空气动力学外形、降低模具投资、降低腐蚀和凹陷，改善噪音和振动阻尼，在高速撞击中保护乘员安全等众多方面，可谓无与伦比。
性价比分析
碳纤维的主要优势在于它的强度重量比，重量仅仅相当于钢材的百分之二十，但却拥有不减分的刚度。由美国橡树岭国家实验室（ORNL，田纳西州橡树岭）的实验表明，用碳复合结构取代目前的钢体车身，可以大规模减少高达百分之六十的车重，进而提高百分之三十的燃油效率。换句话说，碳纤维增强复合材料意味着在毫不损失汽车性能的前提下，还能同时减轻车身（包括硬件，刹车，引擎等）的重量和降低成本。这些不仅对于让传统内燃机满足新的燃油经济标准来说是极其重要的，还关系到如何抵消因使用替代动力传动汽车而增加了的重量，比如来自电动电池组，燃料电池储气瓶等必不可少的设备。
安全性显然是最首要关注的问题，尤其对于小型车。复合材料较之其他重要的结构材料，可以提供最高的能量吸收效率。热固性（如环氧树脂）碳纤维复合材料粉碎锥及类似能量吸收结构可以吸收约120千焦耳/公斤的能量，如果使用热塑性树脂则能吸收250千焦耳/公斤，相比之下，钢材的吸收效率为20千焦/公斤。
虽然相对同样的钢材制件，碳纤维复合材料制件可以有效减重达50至60%，但考虑到其材料和加工成本的话，要比钢材高出2至10倍。要正确地看待这一点，我们需要横向对比其他材料：相对钢材，玻璃纤维增强复合材料减重25至35%，成本略高出1.5倍；镁减重60至75%，成本高出1.5至2.5倍；铝减重40至60%，成本高出1.3至2倍。
如何降低成本？
不幸的是，碳纤维成本的51%直接取决于它的前体成本，如聚丙烯腈（PAN），人造丝，石油沥青。这些前体又与石油成本密不可分。实验人员（公共和私人）已经就如何降低或者找寻成本更低的替代品进行了大量研究工作。美国能源部（DOE），橡树岭国家实验室和汽车复合材料协会（ACC）都多年致力于提高汽车燃油效率的课题。现有的研究表明，即使目前的商业碳纤维生产能够实现规模化，适应乘用车的增长，传统碳纤维的价位仍然不会低于8美元每磅的单价。因此，研究工作都集中在发展替代前体（诸如可再生木质素）和替代处理技术（例如，高级氧化反应器，微波辅助离子技术）上，有望能借此将碳纤维生产成本减少到5美元到7元。
