碳纖維90%以上是碳原子，和其他金屬相比質(zhì)量較輕。另外，因碳分子是按纖維方向規(guī)則排列的二維網(wǎng)狀結(jié)構，因而擁有強韌的特性。
CFRP泛指由碳纖維和聚合物樹脂復合而成的碳纖維復合材料料，環(huán)氧樹脂CFRP其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構材料中是最高的。CFRP抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7到9倍，抗拉彈性模量為230到430Gpa亦高于鋼，但它的比重卻不到鋼的1/4；CFRP的比強度達到2000Mpa以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa左右，其比模量也比鋼高。
CFRP不僅輕而強，輕而剛而且具有耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結(jié)構尺寸穩(wěn)定性好以及設計性好、可大面積整體成型等一系列特點，所以在汽車輕量化中得到不斷增長的應用。
CFRP還具有非常卓越的能量吸收性能，從而進一步保證了CFRP車輛的安全。據(jù)報道，在柱式撞擊和側(cè)面撞擊中，CFRP材料均表現(xiàn)出了優(yōu)越的安全性能。即使在局部承受較重的點式力量時，CFRP也決不會凹陷。乘客和電池組件能得到完美地保護。CFRP零部件比同類鋼質(zhì)零部件減重50%以上，比鋁制部件減重30%以上，卻能夠提供同等強度。
CFRP是新能源汽車必然選擇
政府制定嚴格的車輛燃料經(jīng)濟性標準和二氧化碳排放法規(guī)是新能源汽車選擇CFRP的重要推手。以美國為例，2017至2025年美國新款乘用車的燃料效率要求達到4.32升/ 100公里，比當前車輛水平幾乎提高一倍。據(jù)估算，典型的乘用車需減重245kg才能達到此目標。
電動汽車的結(jié)構型式所需的條件非常獨特：電動汽車的傳動系要比滿油箱的內(nèi)燃機汽車的傳動系還要重，在同樣續(xù)駛里程條件下，電動汽車的重量比傳統(tǒng)汽車要超過200~300 kg甚至更多。因此為保證電動汽車有較好續(xù)駛里程和可承受的成本，電動汽車的車身重量必須減重50%以上。在所有輕量化材料中，CFRP是唯一能將鋼質(zhì)零部件減重50~60%，卻能夠提供同等強度的先進材料。
CFRP的主要優(yōu)勢在于它的強度重量比和剛度重量比，除此之外，CFRP還擁有較高的抗腐蝕性和較強的氣候穩(wěn)定性，其使用壽命明顯長于金屬材料，無須昂貴的防腐蝕保護措施。另外，CFRP材料具有非常卓越的能量吸收性能。在柱式撞擊和側(cè)面撞擊試驗中，CFRP材料均表現(xiàn)出了優(yōu)越的安全性能。
從創(chuàng)意設計開始就定位輕量化、大批量、低成本的技術路線
對新能源汽車，特別是純電動汽車而言，從創(chuàng)意設計開始始終如一最大限度考慮車輛輕量化十分重要，因為除了平衡蓄電池增加的重量，車輛重量也是限制續(xù)駛里程的一個重要因素。
對新能源汽車，在研發(fā)CFRP部件的制造工藝同時應同時考慮使其實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，從而使得這一生產(chǎn)工藝可以在高生產(chǎn)安全性條件下實現(xiàn)經(jīng)濟的、高品質(zhì)的大規(guī)模生產(chǎn)非常重要。
CFRP在新能源汽車上的應用并非強度、模量越高越好，而是在滿足新能源汽車強度安全的前提下，成本越便宜越好。不僅應推廣價格便宜的大絲束碳纖維及其工藝制品還可適當?shù)夭捎没厥仗祭w維，最大限度地降低新能源汽車的制造成本。
在全價值鏈堅持可持續(xù)發(fā)展，落實可持續(xù)性量化目標
在新能源汽車全價值鏈中堅持可持續(xù)發(fā)展，具體制定落實可持續(xù)性量化目標是新能源汽車開發(fā)獲得成功的關鍵所在。我們不能一方面為節(jié)能減排開發(fā)新能源汽車另一方面在新能源汽車全價值鏈方面破壞或浪費環(huán)境資源。
新能源汽車可持續(xù)性發(fā)展同樣具有三個層面的含義：生態(tài)、經(jīng)濟和社會。生態(tài)的可持續(xù)性指要保持自然和環(huán)境適于后代人的生存和發(fā)展，也就是我們這代人在資源利用上要承擔起相應的責任。經(jīng)濟的可持續(xù)性要求經(jīng)濟交往能為競爭和繁榮提供一個可持續(xù)、具有足夠承受能力的基礎。社會的可持續(xù)性要求社會的發(fā)展可以讓一個群體的所有成員有機會參與其中。
新能源汽車應用CFRP減重節(jié)能減排是環(huán)保的，但生產(chǎn)使用CFRP也會產(chǎn)生大量生產(chǎn)廢料和報廢舊車的CFRP部件，這在新能源汽車開發(fā)初期必須要加以認真考慮和解決。CFRP廢料和廢舊車身零部件應按種類進行分類收集處理并積極用于循環(huán)再造的工藝，并且這一工藝能適應批量生產(chǎn)的需要或用于其它用途，以降低成夲和節(jié)省寶貴的資源。
實事求是，走揚長避短、合作共贏之路
GFRP在汽車中的應用在世界上已有六十多年的悠久歷史，CFRP在世界F1賽車中的應用也有將近四十年歷史，國外尤其是歐美在汽車CFRP上積累了較豐富的設計、制造、應用方面的經(jīng)驗和大量的成功范例，而在中國汽車CFRP領域我們基夲上是空白，存在較大的差距這是一個基本事實。
根據(jù)復合材料定義，我們知道復合材料因為不是特定的物質(zhì)，而是材料使用方法的概念，它不受特定材料性能的限制，可以根據(jù)用戶的需求通過選擇不同的原材料組合進行自主設計，所以，復合材料的結(jié)構設計及其優(yōu)化是一項基礎性和應用性很強的工作，需要有數(shù)據(jù)庫和豐富的實踐經(jīng)驗。
不同的成型工藝會導致復合材料產(chǎn)品的性能和成本出現(xiàn)較大的差別。同時復合材料構件的形狀、原材料的性能也是影響其成型工藝的主要因素。
復合材料的結(jié)構優(yōu)化是一個非常復雜的問題，復合材料失效準則及失效模型的不完善限制了復合材料優(yōu)化設計的發(fā)展，目前國內(nèi)對復合材料的優(yōu)化設計研究仍然處于發(fā)展的初步階段。
德國寶馬CFRP新能源汽車案例
BMW i3碳纖維單體構造乘員艙具備了高韌性與高吸收能量能力，在Euro NCAP的測試中，i3於64km/h正面撞擊與32km/h側(cè)面撞擊測試中都獲得了優(yōu)異成績。
德國寶馬公司已量產(chǎn)的i3系4人座純電動汽車采用了CFRP制造的單體構造乘員艙模塊以及鋁合金構造的底盤模塊，整備質(zhì)量僅為1195kg，其中鋰離子電池重量為230kg，CFRP重量為140kg，比傳統(tǒng)電動車減輕了250~350kg。
日本東麗CFRP新能源汽車案例
日本東麗公司開發(fā)的兩人座TEEWAVE AR1純電動概念車整備質(zhì)量僅為846kg，其中鋰離子電池重量為220kg，CFRP使用約160kg ，比起鋼制汽車重量減少53％。
東麗CFRP單體車身構造為中空構造一體成型，重量僅為45kg，遠低于鋼制EV車體的50%；部件數(shù)量僅為3件，是鋼制EV車體的1/20 ，成型周期不到10分鐘。
韓國現(xiàn)代CFRP新能源汽車案例
韓國現(xiàn)代Intrado燃料電池概念車一次補充燃料可行駛644km，百公里加速時間將低于12秒。
現(xiàn)代Intrado概念車的全車架、引擎蓋以及側(cè)板采用CFRP，質(zhì)量比傳統(tǒng)鋼板制造的輕60%，這將大大提高燃油效率。
中國奇瑞CFRP新能源汽車案例
奇瑞公司在今年的北京車展上推出了插電式混合動力車艾瑞澤7，這款車的碳纖維車身是由奇瑞和中國科學院共同研究打造的，奇瑞稱這是中國第一臺車身主體由碳纖維復合材料構成的車型。
中國長城華冠CFRP新能源汽車案例
在今年的北京車展上北京長城華冠汽車技術開發(fā)有限公司發(fā)布了該公司的最新作品，一款名為前途（EVENT）的純電動跑車概念車。據(jù)介紹，作為首款中國自主研發(fā)具備量產(chǎn)狀態(tài)的純電動跑車，以節(jié)能、環(huán)保為設計出發(fā)點，產(chǎn)品集成了眾多汽車行業(yè)的前沿科技，提供了真正意義上滿足用戶使用的純電動車產(chǎn)品。
長城華冠EVENT車體內(nèi)外覆蓋件整體采用CFRP材料，從而使得產(chǎn)品本身既能保證優(yōu)于傳統(tǒng)金屬鈑金的力學及安全性能，又使得產(chǎn)品重量大幅度降低，提高了產(chǎn)品的動力性、經(jīng)濟性。
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