1981年，邁凱輪（McLaren）向F1賽車中引入了世界上第一個碳纖維外殼材質(zhì)的一級方程式賽車，在激烈競賽期間，邁凱輪輕量化的車重并提高操控性能具有開創(chuàng)性。

Formula 1成為碳纖維的最早采用者，但該技術(shù)很快轉(zhuǎn)移到了高性能公路車上。1992年邁凱輪F1的第一批賽車，隨后是蘭博基尼和法拉利。

在過去的二十年中，碳纖維已進入生產(chǎn)中的幾乎所有超級跑車，超級跑車和豪華跑車。

 McLaren MP4/1

CFRP被廣泛用于高端市場–賽車，超級跑車和高檔跑車領域中。在這些細分市場中，汽車性能是關鍵因素。 輕量化、降低排放、操控性以及外部結(jié)構(gòu)美學成為碳纖維在汽車領域應用的動力。

碳纖維常用于包括主體框架結(jié)構(gòu)，車頂結(jié)構(gòu)，內(nèi)部和外部車身面板等的組件中。材料的大部分以預浸料形式提供，但在某些情況下使用HP-RTM工藝。

 碳纖維在汽車框架中應用

最近幾年來，由于行業(yè)驅(qū)動以及設備制造商尋求推進其CFRP集成等因素驅(qū)動，CFRP已經(jīng)出現(xiàn)由高級乘用轎車向中型車輛發(fā)展的趨勢。如下圖所示：

 乘用車開始采用碳纖維材料

全球乘用車預計將以2.8％的復合年增長率增長，預計到2020年全球汽車產(chǎn)量將突破1億輛；其中中國將繼續(xù)是最大的市場，而且也是增長最快的市場，歐洲和北美將保持相對平穩(wěn)。

全球乘用車市場發(fā)展趨勢

與乘用車高速發(fā)展趨勢相反，利用石油或柴油尤其是柴油發(fā)動機為動力的乘用車銷售將大幅下降，以EV / PHEV為代表的新能源汽車復合年增長率預計將大幅增長35％，最快的成長期2025 -2030。

不同類型乘用車市場發(fā)展趨勢

汽車行業(yè)發(fā)展趨勢對碳纖維復合材料提出了挑戰(zhàn)：

成本–是大量采用CFRP的最大障礙；

產(chǎn)能–擴大規(guī)模需要大量資金；

循環(huán)次數(shù)–需要CFRP的超低循環(huán)時間才能滿足生產(chǎn)率要求；

質(zhì)量保證–可重復，低PPM故障等級；

可回收性–報廢/再利用是許多國家/地區(qū)的法規(guī)要求；

集成–多材料解決方案將需要金屬和塑料之間的有效兼容性；

數(shù)據(jù)庫體系–汽車工程師需要良好的材料數(shù)據(jù)來支持零件設計。

針對上述CFRP在汽車工業(yè)領域應用面臨挑戰(zhàn)，主要解決方案包括：

材料解決方案– CFRP不能適合所有組件，而是在正確的位置使用正確的材料；

制造設計–培訓汽車工程師如何針對CFRP與金屬進行設計；

材料創(chuàng)新–降低成本至關重要，價格差異必須與價值差異相匹配；

工藝創(chuàng)新–要實現(xiàn)時間/轉(zhuǎn)換成本目標，需要重大技術(shù)進步；

穩(wěn)健供應鏈–能夠跨多個零件（T1 / T2 / T3）供應> 200,000個單位。

針對碳纖維復合材料進行設計，而不能落入金屬材料的套路中，這意味著需要：減少零件數(shù)量/簡化設計、增加曲率和拔模角度、樹脂流動設計/低循環(huán)時間、考慮粘接要求和零件集成、盡量減少浪費并在可能的情況下進行設計、為零件選擇正確的處理方法、協(xié)作以改善結(jié)果。

將CFRTP與注塑成型相結(jié)合，可以提高組件強度，剛度和功能性的結(jié)構(gòu)，而且能夠以合理的成本生產(chǎn)大量產(chǎn)品，該技術(shù)主要適用于非結(jié)構(gòu)和半結(jié)構(gòu)零件–非底盤，副車架等，生命周期可回收優(yōu)勢。

該技術(shù)曾被視為所有汽車應用的首選解決方案，然而事實證明它更適合于汽車主要結(jié)構(gòu)部件，例如底板，電池盒，支撐柱和車頂結(jié)構(gòu)；成本仍然是該技術(shù)獲得廣泛應用的最大障礙。

目前，一些新的重大項目仍然采用該技術(shù)，通常選擇液體壓縮模塑，在該技術(shù)中良好的設計和預成形工藝對可行性至關重要，比較適合大批量生產(chǎn)。

該技術(shù)最廣泛使用的方法是與大型預浸料相結(jié)合，具有良好的視覺效果，適用于非結(jié)構(gòu)、半結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)零件，常用的增強材料類型包括單向預浸料、編織物、NCF等，但是面臨著批量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。

近年來，片狀模塑材料（SMC）獲得了廣泛的關注，并且在未來十年內(nèi)有可能成為汽車用CFRP主要技術(shù)，其優(yōu)勢在于快速成型和低成本，但缺點也比較明顯，機械性能較低，因此主要適合一些對強度要求不高零部件，典型代表為豐田普銳斯。

Tape placement技術(shù)是新興技術(shù)，但由于具有精確的材料放置創(chuàng)造出優(yōu)化的零件、極低浪費、節(jié)省成本、無需預成型、柔性樹脂系統(tǒng)等優(yōu)勢，應用前景十分廣泛，但其主要缺點在于成型速度較慢。

隨著汽車工業(yè)發(fā)展，為了汽車用碳纖維復合材料發(fā)展趨勢包括：