众所周知，碳纤维被国际上称之为“第三代材料”，因为用碳纤维制成的复合材料具有极高的强度，汽车应用碳纤维复合材料是第三次工业革命在汽车上的体现。实现汽车的轻量化更多的靠塑料复合材料实现，在这其中，近些年比较新潮的当属轻质、高强等优异的综合性能的碳纤维复合材料，尽管碳纤维的价格比较高，应用还未实现广泛化，但其在汽车轻量化的道路上无疑已经代表了未来材料发展的一种趋势，得到越来越广泛的认可和应用。
　　1.低碳节能助推碳纤维材料造就轻量化汽车
　　碳纤维是一种与人造丝、合成纤维丝一样的纤维状碳材料，是目前世界高科技领域中十分重要的新型工业材料，大幅提高汽车的绿色化性能。节约不可再生能源和提高燃料效率的汽车轻量化解决方案正推动碳纤维应用快速增长。轻量化是未来汽车构件的主要发展方向。国际上越来越重视新型车用工程塑料与构件的开发，塑料零件在汽车中的用量迅速上升，发达国家已将汽车用碳纤维复合材料作为衡量汽车设计和制造水平高低的重要标志，“以塑代钢”包含新的内涵，“塑”指碳纤维复合的工程塑料。
　　碳纤维作为汽车新兴材料的出现大大减轻了汽车的重量,汽车轻量化不仅包括减轻车身的重量，还涉及对车身结构的整合，重新设计，达到最佳的轻量效果。在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6～8%;汽车整备质量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6升;汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。轻量化的车身设计，要求车身结构更加合理，车内空间也会更大。缩小尺寸的汽车还可以节省物料的使用，应用新型材料使车身变轻以后使车辆行驶更加快速，节能。
　　碳纤维复合材料构件同比纯塑料构件轻30～40%，实现汽车减重化的革命，进一步达到节油、节电，降低对不可再生的石油资源的利用。巴西研发出利用甘蔗生产出生物碳纤维，更体现出碳纤维节约不可再生资源的绿色化特性。碳纤维复合材料构件同比纯塑料构件强度同比钢件高4～5 倍。常规的纯塑料成型加工的汽车保险杠，碰撞性能较弱，实际仅起到包装装饰的功能，没有达到保险的功能，日本车进不了美国市场，主要是安全性能达不到美国标准，而保险杠的强度也是其中主要的原因，据权威机构检测，日产车的保险杠的钢板厚度为1mm，美产车为3mm，碳纤维复合材料成型的保险杠的厚度如为2mm，强度不低于8mm后的钢板，大幅提高了保险杠的安全系数，在高速撞击下保护乘员安全等众多方面有着与普通工程塑料、钢板件无与伦比的优势。碳纤维复合材料构件质轻、转动惯量小，有效降低噪声级减少震动阻尼，提高乘员的舒适度。碳纤维复合材料实现汽车外罩的个性化设计，进一步迎合市场的个性化需求。碳纤维复合材料具有强度高、模量高、耐高温、抗蠕变、耐疲劳性好等优点，易实现自润滑的性能，在某些运动构件中，可少用或不用润滑油，有效降低环境污染、实现清洁运行。自润滑意味着提高汽车的使用寿命，减少对资源的利用。高分子材料高性能化及应用领域拓展化。工程塑料填充碳纤维后复合材料除持有原工程塑料性能外，提高了强度和刚度，更有利于以轻量化的特性取代汽车金属合金结构件，拓展“以塑代钢” 的应用领域。
　　碳纤维用在汽车一体式车架和车身上，这种一体式车架，早期用在飞机火箭上，后来被f1赛车成功推广，被称作单体壳，至此在跑车界蔓延开来。碳纤维的承载式车身能承受更大的拉应力，在目前的极速范围内，这个封闭的座舱，能够在车身在高速冲撞，车体彻底支解后，保证驾驶者的绝对安全。金属车架和碳纤维车架差别明显，碳纤维车架不能使用焊接或者铆接技术，因为材料的抗疲劳性能差，只能用于粘合，我们所看到的碳纤维车身都像盒子一样，和普通的承载式车身的区别还是很大，虽然一体式碳纤维车架很坚韧，但有受力向度的问题，即整体中的某些部位不太能受力。每辆车都根据自己整体的情况特别设计车架，如F50的车架将后悬架直接连接在发动机及变速器上，再将整个发动机悬架结构嵌入车体内，其车架只重102kg，而抗扭度高达3550kgm/degree。这种设计可以营造极轻量的悬架重量，但同时会有较大的发动机振荡传入车厢。但是碳纤维不适合做越野车车架，因为越野车车架通常都需要允许非常大的变形和扭动等。目前的碳纤维太过于脆，没有良好的韧性。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，抗拉强度却达到钢的7～9倍，以其制造的汽车可以节约燃油30%。碳纤维最初只应用于军事、航空航天等高科技领域，目前汽车界对碳纤维的利用已经趋于成熟。目前，碳纤维已经应用到了汽车的各个部分，比如车身，车顶，后备箱盖，刹车盘，内饰部分，等等。阻碍碳纤维在汽车领域商品化的关键因素是制造成本。不过，随着碳纤维行业的不断成熟与发展，以及节能减排和汽车轻量化大方向的指引，碳纤维材料或成汽车界“瘦身革命”的领导者。可以预见，碳纤维轻量车身必将掀起一股新的变革潮流，一个新的市场突破点正在形成。
　　2.碳纤维复合材料在汽车上主要的应用部件
　　资料显示，碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。与钢铁相比，其强度达到10倍，而重量仅为其四分之一。作为与树脂一起烧结而成的复合工业材料，目前大多被应用于飞机机身。业内人士指出，如果该材料用于汽车领域，燃效将提高至少4成，又因其极大地减轻了汽车自重，可有效降低二氧化碳排放量，是一种不可多得的环保新材料。通常情况下，车身自重约消耗70%的燃油，因此降低汽车油耗的首要问题就是减轻汽车自重。日本的碳纤维制造协会曾经做过一个关于碳纤维生命周期的测试，采用碳纤维加固的汽车因减轻了自身重量，不仅燃料应用效率极大提高，而且间接的降低二氧化碳排放。碳纤维的类型较多，性能也不一样，价格相差悬殊；树脂及塑料的类型更多，性能各有特点。汽车构件的功能、性能也各有特征。为达到经济地实现碳纤维复合材料构件的最大价值，全套解决方案才能实现。全套方案包括：构件设计、碳纤维及其复合材料的开发、成型加工设备及工艺技术、成型构件性能的测试及试验、构件的后处理及其物流、构件试用及应用的信息收集和分析、制品的回收利用等等。
　　碳纤维复合材料在汽车上主要可应用于发动机罩、翼子板、车顶、行李箱、门板、底盘等零部件中。碳纤维最初主要应于赛车当中，随着车用复合材料技术地不断成熟发展，现在也被广泛地应用于超级跑车和高价值民用轿车上。在商用车应用上，也逐渐从重型卡车中，广泛地延伸到大巴车和轻型小卡。为了确保足够的安全性能，在主承载车身结构件上汽车厂商通常要选择强度，刚性及耐冲击性能均很高的材料用于制造主承力结构件，这时环氧树脂碳纤维增强复合材料就成为理想的材料选择。车门、发动机罩、行李舱门、前后保险杠、翼子板、扰流板等次承力结构件，其结构大都为层合实体结构和复合材料三明治夹心结构，面板选用高强度高模量碳纤维复合材料制作，芯材选用一定刚度和强度的低密度材料如泡沫、蜂窝等，胶结层将面板和芯材连接在一起。
　　承载式车身是汽车底盘结构的一种，其车身负载通过悬架装置传给车轮。承载式车身具有质量小、高度低，装配容易，高速行驶稳定性好等优点，目前大部分轿车采用这种车身结构。承载式车身没有刚性车架，只是加强了车头、侧围、车尾、底板等部位，发动机、前后悬架、传动系统的一部分等组成部件装配在车身上设计要求的位置。承载式车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷力的作用。如今承载式车身通过不同强度钢材的运用，发生碰撞时通过吸能、溃缩等方式保证车内人员安全，在安全性还是在稳定性方面都有很大的提高，但是产生的噪声和振动相对较大。车体的刚性和载重能力相对较弱，所以一般专业越野车和货运车辆不采用这种结构。为了确保足够的安全性能，在主承载车身结构件上汽车厂商通常要选择强度，刚性及耐冲击性能均很高的材料用于制作主承力结构件，这时环氧树脂碳纤维增强复合材料就成为理想的材料选择。环氧树脂碳纤维增强复合材料具有可设计性，质轻高强，与同体积的铝合金构件相比减重可达50%，耐冲击，耐腐蚀，抗疲劳， 材料寿命长，此类材料制作的主承载车身结构件，不仅大大提高了汽车的安全性，而且降低了车重，减少了燃油消耗，提高了经济性，另外还改善了美观性。
　　人们常见到的房车车身结构现在以三明治车身为主，三明治车身是聚氨酯、玻璃钢、结构胶等材料来制作的车身结构。玻璃钢，轻质高强、耐腐蚀、电性能好、热性能良好、可塑性，最主要的是价格优势。在房车业广泛应用。聚氨酯，保温性能好，质量轻，隔音效果好，成本低，但其缺点也明显，不可回收，不环保，阻燃性一般。当这两物件遇到胶水的时候，神奇的事情发生了，一种新的复合材料诞生了，人们把它命名为——三明治。
　　汽车次承力结构件主要包括：车门，发罩，行李舱门，前后杠，翼子板，扰流板等部件，其结构大都为层合实体结构和复合材料三明治夹心结构。蒙皮选用高强度高模量材料制作，承受较大的弯曲负荷；芯材选用一定刚度和强度的低密度材料，其抗剪切性能突出，可承受较大的冲击载荷；胶结层将蒙皮和芯材连接在一起，承受剪切应力；由于选用低密度芯材，重量会进一步降低。拜耳材料科技推出应用三明治结构板设计制造的汽车后备箱盖等部件。该部件采用以玻璃纤维增强型聚碳酸酯基体材料、聚氨酯泡沫内芯以及聚氨酯原料制成的双组分外饰涂层体系等材料，箱盖具有轻薄硬质外壳和轻质内芯特性。采用独有的“三明治”车身结构的车辆将更加安全，由于座椅被提升，并且发动机以倾斜角度的方式安装在发动机舱，在发生严重正面碰撞时发动机会沿倾斜角向下滑移，不会进入乘员舱，从而最大程度上降低对驾驶员及前排乘客的伤害。应用三明治结构板设计的汽车部件具有轻质、环保、节能、低成本等优点，能满足制造商和消费者对汽车个性化、独特设计的需求，为设计提供更大的自由度。
　　日本是世界上碳纤维开发最早、应用最成功、应用面最广的国家，其中主要的经验是，碳纤维生产企业以自己为价值链的联系纽带，实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制，组合碳纤维复合材料应用的企业、行业，注重与下游企业合作，共同对碳纤维复合材料“潜在需求”的构件，制定和实施全套解决方案，推动碳纤维复合材料在汽车领域的应用，不断开发新的市场，以下游应用带动上游的发展是日本碳纤维企业选择的发展之道。日本碳纤维生产商和欧美的主要汽车生产商纷纷结成联盟谋求共同发展。
　　SGL Carbon是世界上最大的碳和石墨产品生产商，在汽车零部件供应领域具有重要的战略地位，该公司在美国西雅图拥有一家生产碳化纤维的合资公司。在2011年11月，宝马汽车在继其竞争对手大众汽车收购SGL Carbon 8.18%股权后，宣布购入SGL Carbon15.16%的股份，在之后不足一个月的时间内，宝马又再度增持SGL Carbon15.7%的股份。2012年12月，宝马公司宣布联手美国波音航空公司共同开发碳纤维技术，分别用于各自的汽车和航空制造行业。数据显示，宝马公司上市的i3已经吸引了超过11000份订单，而推出的i8插电式混合动力跑车的第一批订单也已被抢购一空。据相关资料显示，宝马将于2013年在其i3量产车上采用CFRP碳纤维复合材料，其所选择的是等级稍低的工业级CFRP材料，成本可以控制在传统碳纤维材料的一半左右。三菱丽阳则与宝马和西格里集团3 方合作，宣布2014 年宝马i3 系列纯电动车BMW MegacityVehicle在全球正式上市，为碳纤维产品在通用汽车领域的商业化普及应用迈出了重要的一步。这款车的市场表现，将在很大程度上决定未来10年碳纤维复合材料在通用汽车领域的发展方向。
　　据悉，现在汽车领域对碳纤维复合材料的需求增长十分迅速，不少汽车的代工工厂已经在与碳纤维制造商合作研制可用的汽车部件。例如，赢创与江森自控、雅各布塑料以及东邦特纳克斯共同研发碳纤维增强塑料(CFRP)轻质材料；东丽与戴姆勒(Daimler)达成共同研发协议，为梅赛德斯—奔驰研发CFRP部件等。预计未来随着汽车领域需求的增长，碳纤维复合材料的市场容量将会进一步扩大。据相关数据显示，2010～2017年，碳纤维复合材料的复合年均增长率将达到31.5%。预计到2017年，全球汽车碳纤维复合材料市场将增长至7885吨，其销售额也将由2010年的1470万美元增长至2017年的9550万美元。碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，其重量仅相当于钢材的20～30%，硬度却能达到钢材的10倍以上。因此，现在碳纤维材料已备受汽车制造商的青睐，目前已被开始大量应用于汽车内外装饰中。为了提高燃油效率和降低二氧化碳的排放量，近年来汽车轻量化发展已成趋势，国内碳纤维生产有了很大发展，缺乏碳纤维复合材料的应用研究，特别是没有形成碳纤维复合材料的全套解决方案的产业联盟，影响了产业的发展。碳纤维复合材料具有质量轻、拉伸模数高、拉伸强度大等特点，在汽车中的应用要明显优于钢材等其它材料，预计未来其在汽车领域中的应用前景将十分乐观。
　　3.车用碳纤维材料的市场需求及应用前景广阔
　　汽车碳纤维复合材料(CFRP)是指碳纤维和树脂的复合物，用于汽车的各种结构或非结构应用。碳纤维增强环氧树脂复合材料比强度、比模量综合指标在现有结构材料中是最高的。
　　汽车工业上常用的碳纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5～2.0g/cm3，这只有普通碳钢的1/4～1/5，比常用的铝合金还要轻1/3左右，但碳纤维复合材料的机械性能优于金属材料，其抗拉强度高于钢材3～4倍，刚度高于钢材2～3倍。碳纤维增强树脂的比强度可达到2000MPa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
　　使用碳纤维材料，在减轻车身质量的同时，也可使得功率需求更小，进而采用更小驱动引擎和悬挂装置，通过减少动能而减少冲击危险，这种螺旋迭代式的结果将使得车身质量进一步减轻。因此，用碳纤维复合材料替换原来的钢制件，其轻量化效果明显。
　　与其他材料相比，碳纤维复合材料具有更高的拉伸模数和拉伸强度，同时碳纤维复合材料是密度最小的材料之一，在防坠毁结构上，碳纤维树脂材料是最佳的选择。和碳纤维一并使用的树脂，最常用的是环氧树脂，涤纶、乙烯基酯、锦纶、聚醚醚酮也被少量使用。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。作为高性能纤维的代表，碳纤维属于高技术密集型产品，其生产技术复杂，产业发展涉及官、产、学、研各个环节。由于它是发展航天航空和军事工业等尖端技术必不可少的新材料，也是民用工业更新换代的基础材料。
　　碳纤维材料在成型的时候有一个很突出的特点，那就是能够将不同厚度的零件、凸起部、筋、棱等全部一体成型。这样便为汽车结构的模块化、整体化制造奠定了良好的基础，在一些先进车厂的车型中我们可以看到类似的应用，比如宝马i系列电动车的模块化车身制造理念”LifeDrive”结构，就是大量采用轻量化并且高强度的碳纤维复合材料构成。奔驰公司的SLR Mclaren同样也尝试了全碳纤维材料的应用，其车身呈现尖塔状的碳纤维溃缩柱由无数根粗壮的碳纤维经过编织而成，虽然结构依然无比坚硬，但是它能够在正面碰撞时破碎成无数细小的碎片，来吸收大量的撞击能量（据估计相当于钢结构可吸收能量的4倍），并且碎片不会对乘客造成伤害，这一点非常类似于汽车钢化玻璃破碎的原理。
　　汽车碳纤维复合材料的市场推动力主要有以下几个方面：一是由于高燃油效率和低碳排放量的规定，全球对于轻量材料取代金属的需求正在日益增长，而碳纤维复合材料比钢材在汽车中的应用具有更大优势：二是碳纤维复合材料在汽车中应用的前景可期。不少代工工厂不仅与一级供应商合作，还与碳纤维制造商合作以便制造可用的部件，共同研发碳纤维增强塑料（CFRP）轻质材料；因为需求增加，各大碳纤维厂商正加紧研发，碳纤维复合材料生产技术将有新的突破；三是全球汽车需求将复苏，特别是豪华车及超豪华车细分市场，这也正是碳复合材料的主要目标市场。这些车的生产大多只在日本、西欧以及美国。出于对汽车的耐撞性、款式、零部件装配等问题的考虑，汽车的代工工厂将越来越重视碳纤维复合材料。
　　据报道，瑞典沃尔沃已成功研发出基于S80打造出一台采用新蓄电材料的原型车。这种蓄电材料是由多层的碳纤维以及树脂聚合物构成，每一夹层中又有纳米结构的电池以及电容。用超级电容器板替代发动机盖和扭力杆的组合，这样一来，沃尔沃的工程师就能够替换掉为车载电子供电的12V电池，同时把重量减半。目前，沃尔沃已经在该车车身的发动机盖以及后尾箱盖都使用了这种新的碳纤维电池材质，跟传统电动车相比，不仅减轻了蓄电池的重量，而且碳纤维也增强了车身的刚性。美国通用汽车也正在力争将碳纤维用于量产车上。据东丽经营研究所统计数据，碳纤维的全球市场需求在2011年约为4万吨，其中用于汽车的碳纤维为2000吨左右。而这一数字自2015年左右起将不断扩大，到2020年代将达到数万吨。
　　德国以将合作生产的碳纤维产量从每年3000吨提高到6000吨，这项投资将使宝马与SGL提高在德、美两国的碳纤维产量，以用来满足不断增长的宝马i系列电动汽车的市场需求，并同时应用在预计将于上市的宝马7系车上，以减轻新型宝马车辆自重并降低二氧化碳的排放量。由于全球汽车企业，特别是豪华车企均纷纷看好碳纤维汽车，预计未来3～5年将成为碳纤维飞速发展阶段，相关产业链厂商盈利可期。美国咨询公司发表的研究报告称，全球汽车碳纤维复合材料市场2017年将增长至7885吨，2010～2017年的复合年均增长率达到31.5%。与此同时，其销售额将由2010年的1470万美元增长到2017年的9550万美元。虽然目前汽车碳纤维复合材料仍处于起步阶段，但受三大因素的驱动，未来将迎来爆炸式增长。
　　在亚洲市场，日本东丽、丰田和东京大学等已经在联手开发全面采用重量轻、强度高的碳纤维汽车，推进加工技术等的研究，预计最早到2020年，重量减轻6成、安全性更高的新能源汽车将全面投入实际应用。据日经新闻报道，日本东丽集团于2013年9月斥资近700亿日元，收购了世界碳纤维排名第三的美国卓尔泰克公司(Zoltek)，东丽藉此一跃成为全球最大的碳纤维供应商，将产品全球份额提高到30%，继续确保市场份额占绝对优势。目前，碳纤维的最大缺点是价格相对昂贵，是铁的数倍到数十倍，所以普及率低。东丽通过并购Zoltek，旨在开拓廉价碳纤维领域。在日本东丽的带领下，全球第二大碳纤维厂商日本帝人和第四大厂商日本三菱丽阳也已经开始扩大产能，业内人士认为，在未来的5年，日本企业在碳材料领域有望进一步扩大优势。目前，日本三菱丽阳计划2014年以后增加美国工厂的设备，将年生产能力在现有约1万吨的基础上增加20%，将面向作为主要客户的宝马扩大供货。而帝人则与美国通用汽车在碳纤维技术利用方面展开了合作，将在美国新建工厂，并面向量产车供应碳纤维。业内人士分析指出，碳纤维复合材料在汽车中应用的前景可期，车用需求将有望显著提升，特别是豪华车和超豪华车辆细分市常目前，不少代工工厂不仅与一级供应商合作，还与碳纤维制造商合作以便制造可用的零部件。如赢创同江森自控、雅各布塑料(Jacob Plastic)以及东邦特纳克斯(Toho Tenax)共同研发碳纤维增强塑料(CFRP)轻质材料；荷兰皇家昙卡草坪(TenCate)与日本东丽达成了长期供应协议；东丽与戴姆勒(Daimler)达成共同研发协议，为梅赛德斯—奔驰研发CFRP部件。因为需求增加，各大碳纤维厂商正加紧研发，碳纤维复合材料生产技术在近期或将有新的突破。我国对于CFRP生产商有两大吸引力：我国是世界最大的汽车市场，而且国内大城市的空气污染非常严重。迫切需要找到车辆减排的方法，包括汽车减重。部分中国汽车制造商已经在着手启动CFRP项目。例如，长城汽车公司称其正在研发三种CFRP样件，包括发动机罩和电池盒。
　　4.碳纤维复合材料的成型加工技术
　　成型加工技术是将原材料转化为结构件，碳纤维复合材料在汽车上的应用离不开成型加工技术的发展。不同的成型加工技术对构件的性能会带来较大的影响。弹性复合材料成型技术发展方向：进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术，从而同时提高复合材料性能降低制造成本。
　　客车车身骨架五大片焊接结构件构成 客车车身骨架五大片焊接结构件按大的总成可分为:前围骨架总成、后围骨架总成、左、右侧围骨架总成、车顶骨架总成，现代客车的主要曲线体现在这些总成各自的构成特点上。树脂传递模塑(RTM) 成型加工等技术是航空、航天、汽车领域应用最广泛的成型技术之一，能在宽广范围内适应各种材料对加工工艺的要求，用于制作车身结构的碳纤维材料主要制造工艺如下：
　　早期车用部件的生产采用手糊成型和喷射成型，但手糊和喷射工艺严重污染环境，劳动强度大，制品的质量难以控制，主要用于生产汽车零件中形状简单的部件，难以满足汽车工业化生产和环保的要求。手糊成型是手工把纤维织物和树脂交替地铺层在已被覆好脱模剂和胶衣的模具上，然后用压辊滚压压实脱泡，最后在常温下固化成型。生产周期长，工作环境差，要求手艺娴熟，适合制作汽车样件或小批量构件生产。随着碳纤维复合材料件应用于汽车领域的拓展，手糊成型已不能适应批量生产及绿色化生产环境的要求。
　　树脂传递模塑(简称RTM)是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法。该项技术可不用预浸料、热压罐，有效地降低设备成本、成型成本。该项技术近年来发展很快，在飞机工业、汽车工业、舰船工业等领域应用日广，满足不同领域的应用需求。
　　树脂传递模塑是取代手糊成型的绿色化加工技术，是世界上公认的低成本复合材料成型技术，已逐渐取代手糊工艺成为汽车零部件的重要成型方法。树脂传递模塑工艺是将纤维经预成型，该工艺是将纤维经预成型及预编织处理，碳纤维铺放可按构件的力学要求采取不同的排放型式，铺放在模具型腔内；合模后设备用压力将树脂注入模腔，浸润预编织的碳纤维固化成型，闭模操作，不污染环境，采用多模，多工位机械注射模式，生产效率高。需要树脂灌注设备及多套模具，适于中等至大批量生产方式，制品双面光，尺寸精度高，可做结构复杂零件及镶件。一般采用多模、多工位机械注射模式，生产效率较高，适于批量生产方式。构件表面粗糙度接近于模具型腔粗糙度，尺寸精度高，内应力低，可做结构复杂零件及镶件，如汽车地板、车顶、发动机罩等。需要树脂灌注设备及多套模具。为适于高质量铺放，一般采用立式合模机构，上模为单模注射，下模为多个移动模。以双模二工位为例，注射结束，移出放有构件的下模，实现制品冷却；同时移入另一放有碳纤维预编织件的下模至注射工位，实现注塑。适用于小批量、多品种的汽车结构件，如发动机水箱、隔热罩、发动机罩等。树脂传递模塑(RTM) 在成型过程中，按设计要求可用模具先形成所需形状，再固化成型，所制结构件不但整体性好，而且减少了零部件的数量及接头等紧固件，节省了原材料、工时和模具费用，降低了制造成本，缩短了生产周期。树脂传递模塑工艺作为闭模成型工艺，近年来得到了广泛深入的发展与应用。RTM树脂生产工艺成型制品可设计性强，可获得A级表面的高质量制品，并可根据产品的结构性能要求进行计算机设计与分析，使制品性能达到最佳。RTM的广泛应用引起了众多汽车生产厂家的关注。为了在有效保证产品性能的同时最大限度地降低成本，大型车用结构采用RTM树脂工艺进行制备，降低了模具的投入费用，提高了产品收益比。在RTM树脂生产工艺过程中制约生产效率的因素很多，提高产品固化速度是最经济的方法和手段。这可减少模具数量，节约占地面积，减少工作人员，提高工作效率。
　　在真空灌注/固化炉工艺中，树脂在真空负压的作用下，被吸入型腔，浸润纤维，比手糊树脂用量可减少20%，可精确控制制品的含胶量，产品性能得到改善，如无气泡， 孔隙率降低，力学性能得到保证， 厚度均匀，重量轻等。均匀施压，产品性能一致，加快积层速率，提高生产效率，特别适于制作底盘，顶板，门板，发罩等部件。产品在封闭状态下成型， 减少挥发物对人体的伤害，降低劳动量及劳动强度。
　　预浸料袋压/热压罐工艺是将纤维预先被树脂浸润，制成半固化态材料，过程中纤维和树脂含量是可控的，采用手工积层，干法操作，易于施工，环境友好。成型制品表面精度高，孔隙率低，品质高，由于采用热压罐加压固化，层间结合紧密，机械强度优。目前是应用最广泛的工艺，是高端复合材料必备工艺，其材料需要低温运输和储存。根据铺层设计和工艺规范在模具上手工逐层干法铺贴；制袋密封，使其内部处于真空并产生负压，消除气泡；送入热压罐，在一定的温度、压力、时间下固化成型。
　　在热压罐成型工艺过程中，将发生以下主要物理、化学变化:树脂在纤维中流动，以促使树脂充分浸透纤维;纤维增强网络压实，以保证复合材料构件中纤维体积分数最大化;合适的固化压力，以抑制树脂基体中孔隙的形成;合适的固化温度周期。以确保树脂充分固化。所有这些物理化学过程，均可以通过建立树脂流动模型、纤维形变模型、纤维庆实模型、孔隙形成模型、热传递模型等进行工艺模拟，并把这些模型统一集成到固化工艺优化的软件系统中。热压罐成型技术可用来制作主承力构件，有广泛用途。
　　模压成型 SMC经常被用作模压复合材料制品的半成品。SMC成型工艺是将碳纤维片材按制品尺寸、形状及厚度等要求裁剪，然后将多层片材叠合后放入金属模具中进行加热、加压成型的方法。该工艺成型效率高、制品表面光洁、尺寸稳定性好，适于大批量生产，性价比较高。SMC 工艺的成功开发和机械化模压技术的应用使复合材料在汽车工业上的用量年增长率达到25%。SMC已被广泛应用于发动机罩、导风罩、气门罩壳、水箱部件、发动机隔音板、加热盖板、气缸盖、进气支管、出水口外壳、水泵和燃料泵等汽车制件。戴姆勒克莱斯勒公司开发的采用重叠加料来“混合”碳纤维和玻纤SMC材料的技术。在对各种重叠加料安排进行试验后，戴姆勒克莱斯勒公司设计了一种结构完善的连接界面，即使一次CF-SMC加料的末端夹心在两次CF-SMC加料的末端之间， 这很像一个舌榫接头。搭接的长度为4in，尺寸更小，重量减轻6.5lb，同时又使门的凹处的刚度提高了2倍。采用含有55%无规则短切碳纤维的乙烯基酯SMC的2mm厚度的左右防护板支架，取代了15～20个金属零件，使重量减轻了40磅，前端的刚度提高了22%。
　　中科院宁波材料技术与工程研究所、化学研究所等单位研制出具有完全自主知识产权的连续碳纤维复合材料快速热压成型成套装备，能够实现连续碳纤维复合材料汽车部件的自动化制备，效率达到56件/天，并分别采用APA6及PCBT热塑性单体经原位聚合成型制备出大尺寸复合材料汽车底板。该项目突破了碳纤维增强热塑性复合材料结构件成型关键技术，在复合材料体系、热压成型工艺、液态成型工艺、设计技术、连接技术以及关键装备等方面取得重要进展。不久前通过了由中国科学院科技发展促进局组织专家对中科院宁波材料技术与工程研究所、化学研究所等单位联合承担的中国科学院知识创新工程重要方向项目“碳纤维增强热塑性复合材料结构件成型技术研究”的现场技术验收。
　　碳纤维复合材料实现注塑成型时碳纤维复合材料的重大科技进步，也是实现某些碳纤维复合材料件低成本批量化、扩大应用范围的科学发展。碳纤维复合材料的注塑成型取决于碳纤维复合材料注塑原料的开发。碳纤维熔点在3000℃左右，本身不可注塑加工，只有碳纤维填充的塑料才可以注塑加工。碳纤维复合材料中碳纤维作为增强填充物，碳纤维的长度不超过2mm，可用成本较低的大丝束碳纤维，以降低原料成本。注塑碳纤维复合材料的构件，同比玻璃纤维复合材料的重量可降低25%，而强度可提高约2倍。
　　注塑碳纤维复合材料按基体塑料的类型分为两类：一是碳纤维增强热塑性碳纤维复合塑料。以热塑性塑料为基体、短碳纤维为增强分散质。用碳纤维增强热塑性塑料近年来发展较快，其特点是：强度与刚性高，蠕变小，热稳定性高，线膨胀系数小：减摩耐磨，不损伤磨件，阻尼特性优良；二是固性碳纤维复合塑料。以热固性塑料为基体，短碳纤维为增强分散质以碳纤维及其织物为分散质的纤维增强塑料。碳纤维及其织物与环氧、酚醛等树脂制成的复合材料具有强度高、模量高、密度小、减摩耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、热膨胀系数小、导热率大，耐水性好等特点。
　　美国复合材料生产商RTP公司成功推出一款新型碳纤维复合热塑性工程塑料，该复合工程塑料基体由PEEK（聚醚醚铜）、高性能PPA、PPS（聚苯硫醚）以及PEI（聚醚酰亚胺）多种工程塑料树脂复合而成，碳纤维的含量为20～40%，将耐高温聚合物与纤维增强型材料有机结合，使新一代工程塑料的性能不但具备工程塑料所需的高抗冲击性的机械性能，还继承了碳纤维低密度、耐腐蚀、易成型的优良性能。2013年10月，帝人公司宣布推出P系列热塑性颗粒材料适用于复杂部件的注塑成型；东丽公司也推出新的碳纤维增强的聚苯硫醚（PPS）热塑性注塑颗粒材料，该材料改进了碳纤维和PPS塑料接触面的粘结性，提高了抗拉强度，使用该材料制备CFRTP部件，其抗拉强度与铝铸件相当，质量却轻了近45%。
　　提高碳纤维复合材料注塑构件的表面质量是注塑构件的技术重点，高光无痕注塑成型技术在碳纤维成型上的应用：高光无痕模具是一种以高温蒸汽作为加热介质，通过急冷急热控制系统控制模具温度。普通的注塑成型技术，成型的碳纤维复合塑料构件的外观不是很好，而采用高光无痕注塑成型技术，由于模具表面高温，使成型材料表面结晶比率增加，提高表面效果非常好。
　　5.碳纤维应用在汽车领域未来的发展趋势
　　碳纤维复合材料起初仅应用汽车顶蓬和车身的装饰部件，提高赛车、超级跑车的安全型。碳纤维原材料制造、成型加工技术的科技进步，碳纤维复合材料由贵族化走向大众化。2003款戴姆勒克莱斯勒Dodge Viper运动车首次应用碳纤维复合材料会取代金属用来制造汽车底盘结构件。德国的知名轮毂制造专家研发的“Megalight-Forged-Series”轮毂系列，采取两片式设计，外环为碳纤维材质打造，内毂为轻量化的合金，搭配不锈钢制的螺丝，较一般同尺码的轮毂可减重40%左右。奔驰、宝马、奥迪、大众、本田、日产等公司碳纤维制造汽车座椅加热垫，热效率高达96％，并在加热垫中均匀密布，保证热量在座椅加热区域均匀释放；碳纤维适宜人体吸收人体的红外线波长，充分减少驾乘疲劳，增加舒适度。
　　碳纤维发展之初由于原料制造成本过高、成型加工技术单一等因素，制约了碳纤维复合材料的应用领域，最初仅在一些对性能有极高要求的高端的F1 赛车、超级跑车上小批量车应用，如兰博基尼、柯尼塞格、雷克萨斯LFA、GT-R、保时捷911GT3承载式车身等。随着碳纤维制造成本的下降、复合材料制造工艺的成熟、绿色化环保标准的日趋严格，各大主机厂纷纷进行碳纤维复合材料的汽车零部件的开发，如今被广泛地应用于高价值的普及型民用轿车上，如宝马、德国SGL 等。宝马公司的BMWi3电动汽车，首次在国际上实现碳纤维复合材料车型的量产化，成为了汽车用碳纤维复合材料领域的标杆。LifeDrive 架构的乘员模块是铝质车架上安装碳纤维复合材料乘用舱，诸多套件、车身覆盖件也是全部采用了碳纤维复合材料制造，整车重量仅为1.25 吨。BMW i3选择在公司内生产碳纤维复合材料构件，以降低制造成本，并大力投资于专用技术的开发，在未来10年里，碳纤维复合材料构件的成本有望下降50%。沃尔玛公司最新大型18轮的运输卡车，采用碳纤维复合材料，燃油效率提高了1倍，降低了碳排放。主体由一块长53英尺的碳纤维面板代替传统的钢板件，是汽车重量减少了1814kg，降低了钢材资源的消耗；碳纤维结构件增加了设计和加工的灵活性，采用凸面结构的碳纤维车头更符合空气动力学的原理，并且可增加车载空间。
　　英国Kahm公司使用碳纤维复合材料制得的RX-XR型高级轿车专用车轮，重量仅为6kg，可高速行驶，并可最大限度地降低车轮的径向惯性力。英国DYMAC公司开发的世界最轻碳纤维/镁车轮由碳纤维轮网和镁刹车盘两部分组成，并用镀钛的特殊硬件连接起来。碳纤维制动盘能够承受2500℃的高温，而且具有非常优秀的制动稳定性，广泛用于竞赛用汽车上。插电式大众XL1的防滚架采用碳纤维增强复合材料制造。全新福特方程式赛车将采用新型的碳纤维材料单体底盘，从而达到其所制定的F3安全标准。碳纤维复合材料的低密度和高比模量综合效应，发动机转速可达到10000r/min。碳纤维复合材料制造的发动机部件和传动系统部件具有减震吸能和降低噪声的功能，用其制成的保险杠等防撞系统则具有吸收冲击能的功能。美国Morison 公司为Dcna 公司生产碳纤维复合材料的汽车传动轴，把两件合并成一个传动轴简化成单件，与钢材料相比，可减重60％，供通用汽车公司用。
　　应用高强度轻量化材料以及先进成型技术，大幅度降低汽车重量，实现汽车电动化、太阳能化、燃气化。碳纤维复合材料是汽车最理想的轻量化的材料。碳纤维复合材料是太阳能汽车的最佳轻量化的制造材料。日本帝人集团的Toho Tena公司在2010年联手Sakai Ovex公司成功研制出刚性极强的超轻量化的太阳能汽车车用碳纤维材料，联合在轻量化汽车设计、复合材料选择、结构评估等方面优势显著的日本帝人集团的GHCraft公司，联合打造全新太阳能汽车。国内在研发太阳能汽车领域，未能实现理想的轻量化，进展缓慢，日本的研发理念值得借鉴。采用碳纤维复合材料可以在满足该要求的条件下实现压力储罐的轻量化。越来越多的大型公交车和卡车也趋向于采用压缩天然气燃料。随着环保汽车的开发，以氢为燃料的燃料电池汽车已为市场所接受，氢气储罐使用碳纤维复合材料材料制作。
　　汽车电动化必需实现电池轻量化，轻量化的碳纤维复合材料材料制造的锂离子电池组的外壳，实现插电式的未来应用的发展趋势，同时更能提高其锂离子电池组的寿命周期。美国福特汽车Hummer H2H越野车也开始使用氢燃料电池，预计2015年氢燃料电池汽车将会达到一定的市场规模。2020 年日本将有500万台汽车使用燃料电池，碳纤维也将进一步发展。
　　7.结束语
　　总之，碳纤维材料可以减轻车身重量，降低油耗，减少尾气排放，提高装载量；其抗冲击性强，能量吸收能力强，可以非常好地改善汽车的安全性能，F1上大量使用碳纤维，就是一个最好的证明；复合材料的可设计性灵活，可视的碳纤维外观使汽车造型更加美观时尚；其抗疲劳、耐腐蚀性能好，可以延长车身寿命，这一特点在航空航天领域得到普遍认可。中国汽车制造业发展很快，但在应用碳纤维复合材料于汽车工业，远远落后于日本、欧美等工业发达国家。汽车新一轮的革命，其中最突出的标志是碳纤维复合材料的应用。可以预测，谁引领碳纤维复合材料应用技术，谁就引领汽车的发展方向，谁就有汽车发展的话语权。