汽车复合材料市场预计将增长，由电池电动汽车 (BEV)、太阳能电动汽车 (SEV) 和氢动力汽车等新兴市场引领，采用更高效或可持续的复合材料和工艺技术。来源（从左上角开始顺时针方向） SABIC、Aptera、Hankuk Carbon 和 Dymag、k8凯发天生赢家一触即发Bossard、Sonichem

　　复合材料长期以来一直为汽车外部、结构甚至部分内部部件提供诸多优势，例如重量轻、可模制成复杂几何形状。复合材料在赛车和豪华汽车的开发中应用最为广泛k8凯发官网，赛车以重量为导向，性能是赛车的关键，而豪华汽车的产量往往较低，碳纤维的高端美感也为其增色不少。

　　尽管速度较慢，但这些材料也已在更大批量的商用车辆中得到广泛应用，因为碳纤维或玻璃纤维复合材料的原材料可能比金属替代品更昂贵，并且制造工艺历来更适合小批量部件。

　　然而，根据联合市场研究公司发布的2023-2032 年汽车复合材料市场报告，汽车复合材料领域的收入预计到 2032 年将翻一番。联合市场研究公司是联合分析有限责任公司的全方位服务市场研究和商业咨询部门。k8凯发天生赢家一触即发

　　预计这一增长将由纯电动汽车 (BEV，或 EV) 的开发和销售增长所带动。电动汽车为复合材料的轻量化应用提供了许多机会，因为汽车制造商寻求抵消较大电池组的额外重量并降低整车重量以延长每次充电的行驶里程。

　　据联合市场研究公司称，预计的行业增长也得益于复合材料制造技术的进步，例如树脂传递模塑 (RTM) 等工艺速度更快，这可以使复合材料成为大批量生产的更具竞争力的选择。

　　复合材料在纯电动汽车中最大的应用机会之一是电池外壳——用于固定和保护电动汽车车架和电池单元的盖子和托盘。据CW在2022 年两部分复合电池外壳专题报道的第一部分中报道，空的金属电池外壳在装载之前就会使车辆重量增加 110-160 公斤，使其成为纯电动汽车上最重的部件——这为重量更轻的复合材料提供了机会。

　　除了减轻重量之外，改用复合电池外壳还可以带来许多其他好处，例如更复杂的几何形状、更好的冲击性能k8凯发官网、耐腐蚀性、更快的组装速度、更高的耐用性，以及通过特定配方可以提高阻燃性/防火性。后者在满足汽车制造商的严格要求（如UL Solutions 于 2022 年发布的UL 标准 2596）方面尤其有利，用于控制热失控，即锂离子电池过热时发生的热量溢出以及潜在的火灾和烟雾。

　　正如CW电池外壳专题第 2 部分所报道的，随着性能和安全要求变得越来越严格，材料供应商在过去几年中做出了巨大努力来开发性能更高的复合材料，以满足汽车制造商和电池模块生产商的当前和未来需求。

　　去年，材料供应商推出了多款旨在缓解电池外壳热失控问题的新产品，包括Syensqo（前身为美国佐治亚州阿尔法利塔的 Solvay）的Xencor Xtreme系列长玻璃纤维 (LGF) PPA 解决方案；Envalior（德国杜塞尔多夫）针对极端电池外壳情况推出的新型可回收热塑性 Tepex 材料；以及 Syensqo 的SolvaLite 716 FR，一种阻燃、快速固化的环氧预浸料系统。

　　三菱化学集团在 2024 年 JEC World 上展出的原型电池盒顶盖设计易于组装，并与该公司的一系列材料兼容。

　　新型电池外壳设计也在不断开发，不仅汽车制造商如此，一级汽车供应商甚至材料供应商也在开发，旨在展示其技术在这种应用中的有效性。例如，CW最近报道的一款产品是材料供应商三菱化学集团(MCG，日本东京) 的压缩成型、与材料无关的电池盒顶盖设计，该设计于 3 月在 JEC World 2024 贸易展上首次亮相。据展会上的公司代表介绍，该设计旨在易于组装并与多种 MCG 材料兼容，包括生物基或再生材料、热固性预浸料或热塑性塑料。

　　CW报道的其他电池盒开发包括Stellantis 部门 CpK Interior Products（加拿大安大略省科比维尔）的真空辅助湿压成型设计、 Tier 1Katcon（墨西哥蒙特雷）的多材料“工具箱”选项、Continental Structural Plastics（现为帝人汽车公司的一部分，美国密歇根州奥本山）的多材料演示器以及用于电池盒盖演示器的智能热塑性 RTM 工艺。

　　值得注意的是，顶盖和底盖并不是复合材料在电池外壳中的唯一潜在应用。电池外壳的成功性能需要无缝设计的紧固和装配解决方案。Bossard（瑞士祖格）在CW上发表了一篇专栏文章，详细介绍了其在开发一种新型紧固解决方案以满足电动汽车卡车电池外壳应用中的严格公差（以及 OEM 和一级供应商的成本目标）的工作。该公司利用其对复合材料紧固件的了解，开发了一种新的插入式螺柱设计，提高了强度和耐用性，并降低了总体成本和工具需求。

　　电动汽车并不是公路车辆（尤其是在重型卡车市场）正在开发的唯一替代燃料选择。人们也在大力开发使用零排放燃料，如氢气 (H2) 和可再生天然气 (RNG)，以实现运输行业的脱碳。

　　根据CW高级技术编辑 Ginger Gardiner 的《压力容器 2024 年终端市场报告》中所述，“这两种燃料最成熟、最主要的存储系统包括 3 型和 4 型压力容器，分别由碳纤维/环氧树脂包裹在铝或塑料内衬上，采用纤维缠绕技术。” 阅读她的完整报告，深入了解这项技术和发展。 关注CW的压力容器页面，了解该市场有关重型卡车、乘用车、公共汽车等的 H2和 RNG 储罐的最新新闻更新。

　　除了电池电动和氢动力汽车外，还有几种太阳能汽车的概念正在开发中，作为传统汽油和内燃机 (ICE) 汽车的替代品。

　　Aptera（美国加利福尼亚州卡尔斯巴德）是一家初创公司，正在开发一款配备太阳能电池板的 sEV，可在车辆行驶或停放时充电。首款量产车名为 Launch Edition，一次充电可行驶 400 英里，太阳能电池功率约为 700 瓦。该车辆的结构要求具有极高的性能效率，因此采用了碳纤维复合材料车身（BinC）。据说这种结构最多可回收五次。

　　Aptera 的碳纤维增强聚合物 (CFRP) 车身处于组装阶段。碳纤维车身 (BinC) 结构方法采用与 CPC Group 合作开发的碳纤维片状模塑料 (CF-SMC) 技术，以实现高强度重量比和生产可扩展性。

　　2022 年 11 月，Aptera与 CPC 集团（意大利摩德纳）签署协议，生产这些专用复合材料车身。首批复合材料预生产部件于 2023 年 9 月亮相。2024 年，Aptera 宣布进入阿联酋市场，并已获得 3300 万美元的新资金用于其初始生产阶段。

　　CW特约撰稿人 Stewart Mitchell 有幸采访了 Aptera 联合创始人之一 Steve Fambro，讨论了 sEV 的设计和制造、生产目标等。阅读完整采访以了解更多信息。

　　无论车辆的燃油系统类型如何，原始设备制造商都会继续在合理的范围内逐步采用复合结构部件，并朝着更高效、更自动化的复合材料工艺发展，以满足金属替代品可能达到的产量。

　　据CW特约撰稿人佩吉·马尔纳蒂 (Peggy Malnati)报道，“热固性复合材料在乘用车上的应用历史悠久，主要用于半结构垂直和全结构水平外部车身板以及底盘/单体结构件。”自 20 世纪 50 年代雪佛兰科尔维特首次采用玻璃纤维增强 (GFRP) 外部面板以来，热固性复合材料结构件已从手工铺层发展到片状模塑料 (SMC) 的压缩成型，而后者的用途已从车身板扩展到结构皮卡箱、底盘部件和电动汽车电池盒。

　　注塑短玻纤增强热塑性塑料于 20 世纪 80 年代初首次用于非结构性保险杠面板，随后用于各种垂直面板，如挡泥板，最后用于后车门。据 Malnati 介绍，具有 A 级饰面的热塑性水平车身面板（如引擎盖、车顶和后备箱盖）的制造难度一直很大，但它们重量轻、冲击强度高、模具表面质量高，这意味着需要的后成型精加工更少，因此非常受欢迎。

　　2023 年，Malnati 撰写了一篇关于RLE International（德国科隆）开发的创新型水平热塑性夹层板技术的文章，该技术首先用于内部舱壁，随后在外部屋顶板和引擎盖的概念中进行研究。

　　RLE International 开发了一种创新的低成本/低压压缩成型变体和热塑性夹层板技术，该技术自 2019 年以来一直在商用车的内部隔板（上图）上生产。目前正在研究该技术以生产外部车顶板和引擎盖。

　　同样在热塑性塑料领域，2023 年秋季，聚烯烃和生物聚合物生产商 Braskem（美国宾夕法尼亚州费城）宣布推出一款示范性腰线加强筋，该加强筋由编织复合晶格增强材料制成，结合了聚丙烯 (PP) 片材和 Weav3D Inc.（美国佐治亚州诺克罗斯）的单向纤维增强复合带。Weav3D的工艺可为各种行业大批量生产热塑性复合晶格结构，据说与复合有机片材替代品相比，该工艺可减轻零件重量、降低成本并减少浪费。

　　2024 年初，HyWaSand 项目展示了用于卡车内饰的演示储物箱盖，该盖板由采用全自动热成型工艺制成的热塑性复合夹层结构组成。该项目的合作伙伴包括德国戴姆勒卡车股份公司（斯图加特）、ElringKlinger 股份公司（斯图加特）、ThermHex Waben GmbH（哈勒）、Edevis GmbH（莱因费尔登-埃希特丁根）、弗劳恩霍夫材料与系统微结构研究所（IMWS，哈勒）和奥地利Engel Austria GmbH（施韦特贝格），他们表示，该成果有望用于生产轻量化、低成本、大批量的内饰部件，并正在研究客户应用。

　　近年来值得注意的是，宝马集团（德国慕尼黑）于 2022 年推出了其最新的电池电动运动型车 (SAV) iX，其特点是“碳笼”车身框架结合了 RTM 编织预成型、纤维增强热塑性注塑成型、压缩成型和金属材料，采用多材料设计，以宝马之前针对i3、i8和7 系的复合材料战略为基础。

　　与结构和外部部件一样，轻质碳纤维复合材料或混合金属复合材料车轮早已在高性能、小批量赛车上占据一席之地，它们的超低重量有助于缩短车辆的单圈时间。

　　近年来，用于量产车辆的复合材料或混合车轮的发展受到了越来越多的关注。第一批完全商业化用于汽车行业的碳纤维车轮是由 Carbon Revolution（澳大利亚 Waurn Ponds）生产的，于 2008 年推向市场。2015 年，Carbon Revolution为福特野马ShelbyGT350R推出了碳纤维车轮。然而，这些车轮每套售价 15,000 美元，并不适合大批量车辆。

　　自那时起，各种汽车复合材料制造商一直在寻求材料和工艺组合，以使碳纤维车轮在成本和性能上能够与锻造和铸造铝车轮相媲美。这些包括：

　　Vision Wheel（美国阿拉巴马州迪凯特）将于 2021 年推出车轮，将A&P Technology（美国俄亥俄州辛辛那提）的编织织物与IDI Composites（美国印第安纳州诺布尔斯维尔）相结合，以扩大其在高性能车辆和最终电动汽车领域的应用。

　　ESE Carbon Co.（美国佛罗里达州迈阿密）将于 2022 年推出其E2 一体式碳纤维车轮，该车轮采用定制纤维铺放预成型和 RTM 相结合的方式制成，适用于售后市场。

　　Bucci Composites（意大利法恩扎）的 20 英寸碳纤维复合材料轮辋采用高压 RTM（HP-RTM）制成，将于 2022 年推出，面向售后跑车/超级跑车市场。

　　Carbon Revolution 将于2023 年推出新款车轮，瞄准电动汽车和卡车的售后市场销售。

　　现代汽车（韩国首尔）于 2024 年 2 月首次推出适用于其Ioniq 5 N NPXI车型的概念碳纤维混合车轮。该定制车轮由车轮制造商 Dymag（英国威尔特郡）和复合材料专家 Hankuk Carbon（首尔）共同开发，结合

　　这款 21 英寸、约 10 公斤的混合车轮由 Dymag 与韩国碳素公司合作开发，是现代汽车密集开发计划的一部分。回收材料或生物基材料

　　除了电气化之外，汽车行业还不断创新，为许多零部件提供更具可持续性的材料解决方案，从天然纤维复合材料到生物基树脂、可回收性等等。这种可持续性驱动力可能很快就会在某些地区通过立法来强制执行，例如欧盟 (EU) 提议的一套规则将涵盖从设计到报废 (EOL) 的整个汽车生命周期，例如要求汽车设计中的最低可回收率，汽车中 25% 的塑料来自再生材料，并强制回收和再利用某些零部件。

　　MateriAct 的目标之一是生产由生物基前体制成的低碳足迹碳纤维，以及采用能耗较低的工艺生产纤维。

　　汽车技术供应商 Forvia（法国楠泰尔）宣布了多项旨在实现更可持续的汽车制造和设计的举措，包括减少材料使用和组装所需零件的模块化内饰概念、使用再生材料或生物基材料以及加大氢气储罐制造力度。

　　Forvia 还于 2022 年在法国里昂成立了一个名为 MateriAct 的研发部门，旨在开发、生产和销售碳足迹比传统材料低 85% 的材料。这项工作包括开发回收材料含量高达 90% 的树脂、公司 NAFILean 大麻纤维/聚丙烯产品的新版本，以及由生物基前体制成并采用低能耗工艺制造的碳纤维。

　　在 CIDER（“由再生和可持续复合材料制成的汽车零部件的循环产品设计”）项目下，树脂供应商阿科玛（法国科隆布）及其合作伙伴首次推出了由再生纤维和阿科玛可回收 Elium 树脂制成的汽车门板。

　　亚麻纤维供应商Bcomp（瑞士弗里堡）的亚麻纤维/环氧材料已用于各种汽车外部和内饰部件，包括最近Cupra（西班牙巴塞罗那）的Born VZEV座椅和汽车一级供应商 Eberspächer（德国埃斯林根）的巴士空调罩。

　　Optiplan GmbH（德国厄尔斯尼茨）和树脂供应商AOC（德国沙夫豪森）合作开发汽车夹层板材料，将 Optiplan 的再生 PET 片材和源自消费后 PET 废弃物的 AOC 配方结合在一起。

　　由可持续技术创新者 Sonichem（英国南安普敦）牵头的财团正在开发专有的Sonichem 技术，并生产可再生、经济高效的石化替代品，以替代汽车行业中常用于生产塑料、树脂和复合材料的石化产品。