在汽车行业广泛使用碳纤维复合材料之前,还需要克服几个大障碍。主要问题包括材料成本、大批量加工、可重复质量和整体成本效益。

英国卡特汉姆复合材料公司(Caterham Composites)董事总经理菲尔•霍尔(Phil Hall)表示:“随着更多原材料供应商进入市场,现有供应商的供应不断增加,第一个问题正在慢慢得到解决。”该公司最近已将业务拓展至赛车行业之外。“随着这种情况的发展,企业的竞争本质将有助于压低价格。”

Frost & Sullivan Inc.的研究分析师桑迪潘•蒙达尔(Sandeepan Mondal)表示,材料成本是阻碍碳纤维增强复合材料(CFRP)在汽车行业得到更广泛应用的头号障碍。他解释说:“如果碳纤维价格降至每磅5美元以下,那么生产大众市场的碳纤维部件在成本上是可行的,这是行业公认的标准。”

Mondal警告说:“因为大多数碳纤维是由聚丙烯腈(PAN)为基础的前体生产的,这反过来是一种原油产品,我们预计碳纤维的价格在长期内不会大幅下降。”“然而,考虑到针对用木质素等其他前体生产碳纤维的研究,如果商业化,2018年后碳纤维的价格可能会显著下降。”

汽车工程师面临的另一个挑战是与当前复合材料制造方法相关的高周期。蒙达尔指出:“许多公司都采用了创新技术,将生产周期缩短到5分钟以内,这使得每年可以生产5万到10万个CFRP零件。”“由于减少了循环时间,可以保证高吞吐量,这使得整个过程成本高效,尽管材料成本很高。”

Plasan Carbon Composites是克莱斯勒(Chrysler)、通用汽车(General Motors)和其他汽车制造商碳纤维零部件和组件的一级供应商。该公司首席技术长、公共事业部加里•朗斯代尔(Gary Lownsdale)认为,有三个关键问题将继续减缓碳纤维增强塑料在汽车行业的广泛应用。

“必须将前体材料的高成本与更传统的材料相一致,”Lownsdale说。一个由42家公司组成的联盟正在与橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)合作,开发一种低成本、可持续的碳纤维前体材料。这项研究的成功商业化将[鼓励工程师]选择更符合经济或玻璃纤维和聚合物技术的碳纤维材料。

Lownsdale称:“CRFP材料的加工速度较慢,使得CFRP无法用于大体积模型。”“(我们开发的)压力-压力技术现在允许在中等体积的项目中使用CFRP组件。在接下来的几年中,对加压成型、热成型和树脂转移成型技术的进一步研究将为CFRP组件的大规模推广开辟道路。

Lownsdale补充说:“高应变率应用中行业数据的缺乏减缓了cfrp进入结构应用的速度,因为它削弱了工程师正确执行计算机辅助工程和有限元分析(FEA)的能力。”“目前,美国汽车研究委员会和美国能源部正在开发这样一个行业数据库,并修改当前FEA程序的计算机代码,以适应碳纤维材料特定的能量吸收和冲击能力。”