長(zhǎng)期以來(lái)，復(fù)合材料一直在為汽車(chē)外飾件、結(jié)構(gòu)件甚至一些內(nèi)飾部件提供優(yōu)勢(shì)，如減重以及可成型出復(fù)雜的形狀。在注重減重以提高性能的賽車(chē)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，以及在產(chǎn)量低且受益于碳纖維優(yōu)美質(zhì)感的豪車(chē)領(lǐng)域，復(fù)合材料一直備受青睞。
而在較高產(chǎn)量的商用車(chē)領(lǐng)域，這些材料也有著各種各樣的應(yīng)用，只是應(yīng)用的速度相對(duì)較慢，這是因?yàn)橛糜谔祭w維或玻璃纖維復(fù)合材料的原材料要比金屬替代品更昂貴，而且生產(chǎn)工藝從來(lái)都只適合小批量的生產(chǎn)。
然而，作為Allied Analytics LLP（美國(guó)俄勒岡州波特蘭）的一個(gè)提供全方位市場(chǎng)研究和商業(yè)咨詢的部門(mén)，Allied Market Research（美國(guó)特拉華州威爾明頓）發(fā)布的2023-2032 年汽車(chē)復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告則預(yù)計(jì)，到2032年，汽車(chē)復(fù)合材料行業(yè)的收入將翻番。
按照預(yù)測(cè)，對(duì)電池電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)及其銷(xiāo)售的增長(zhǎng)，將推動(dòng)汽車(chē)復(fù)合材料應(yīng)用的增加。由于汽車(chē)制造商們?cè)噲D抵消較大的電池組帶來(lái)的額外重量來(lái)減輕汽車(chē)整備質(zhì)量、延長(zhǎng)每次充電的續(xù)航里程，使得電動(dòng)汽車(chē)為使用復(fù)合材料從而實(shí)現(xiàn)輕量化帶來(lái)了許多機(jī)會(huì)。
根據(jù) Allied Market Research 的報(bào)告，隨著復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)朝著更快的工藝方向發(fā)展，如樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）成型工藝，復(fù)合材料將成為高產(chǎn)量應(yīng)用更具競(jìng)爭(zhēng)力的選項(xiàng)，也將使得預(yù)期的行業(yè)增長(zhǎng)成為可能。
電動(dòng)汽車(chē)電池殼技術(shù)的持續(xù)發(fā)展
復(fù)合材料應(yīng)用于電池電動(dòng)汽車(chē)的最大機(jī)會(huì)之一是電池殼——包括上蓋以及用于在車(chē)內(nèi)固定和保護(hù)車(chē)架與電池單元的底盤(pán)。據(jù)說(shuō)，空的金屬電池殼即使在裝載前也會(huì)將車(chē)輛質(zhì)量增加110-160kg，這使其成為電池電動(dòng)汽車(chē)上最重的部件——這就為更輕的復(fù)合材料帶來(lái)了機(jī)會(huì)。
除減重外，改用復(fù)合材料電池殼還可以帶來(lái)其他許多好處，如能夠成型出更復(fù)雜的形狀、具有更好的抗沖擊性和耐腐蝕性、更快的組裝速度、更高的耐用性以及通過(guò)采用特定配方來(lái)改善阻燃性/防火性，后者在應(yīng)對(duì)汽車(chē)制造商的嚴(yán)格要求（如UL Solutions 于2022年發(fā)布的UL標(biāo)準(zhǔn)2596）方面特別有利，該要求旨在控制熱失控，即鋰離子電池過(guò)熱時(shí)產(chǎn)生的熱量溢出以及潛在的火災(zāi)和煙霧。
UL 標(biāo)準(zhǔn) 2596 是基于 Forward Engineering與現(xiàn)代汽車(chē)公司的協(xié)議，該協(xié)議利用電阻加熱器而不是明火來(lái)了解材料是如何對(duì)實(shí)際的加熱和壓力情況作出反應(yīng)的，從試樣頂部發(fā)出的火焰和/或等離子體即可證明最終的失效或屈服情況
隨著性能和安全要求的日益提高，過(guò)去幾年來(lái)，材料供應(yīng)商們作出了積極的努力來(lái)開(kāi)發(fā)更高性能的復(fù)合材料，以滿足汽車(chē)制造商和電池模塊生產(chǎn)商當(dāng)前和未來(lái)的需求。
2023年，材料供應(yīng)商們推出了幾款旨在緩解電池殼熱失控的新產(chǎn)品，包括Syensqo（前身為索爾維，美國(guó)佐治亞州阿爾法利塔）的Xencor Xtreme系列長(zhǎng)玻纖（LGF） PPA 解決方案、Envalior（德國(guó)杜塞爾多夫）專為極端電池殼應(yīng)用而訂制的新型可回收熱塑性Tepex材料，以及Syensqo的阻燃、快速固化環(huán)氧預(yù)浸料系統(tǒng) SolvaLite 716 FR。
為了展示其技術(shù)在電池殼應(yīng)用中的有效性，除汽車(chē)制造商外，一級(jí)汽車(chē)供應(yīng)商甚至是材料供應(yīng)商都在不斷地推出新的電池殼設(shè)計(jì)，比如，材料供應(yīng)商三菱化學(xué)集團(tuán)（日本東京）就在2024 JEC World上首次展出了模壓成型的電池盒頂蓋設(shè)計(jì)，據(jù)說(shuō)，該設(shè)計(jì)是為了方便組裝，同時(shí)還能兼容該公司的多種材料，包括生物基材料或回收材料、熱固性預(yù)浸料或熱塑性塑料。
在2024 JEC World 上展出的三菱化學(xué)集團(tuán)的電池盒頂蓋原型，其設(shè)計(jì)使其易于組裝，還能兼容該公司的一系列材料
其他有關(guān)電池盒的開(kāi)發(fā)包括：Stellantis的CpK Interior Products部門(mén)（加拿大安大略省Corbyville）采用真空輔助濕法模壓成型的設(shè)計(jì)、一級(jí)供應(yīng)商Katcon（墨西哥蒙特雷）的多材料“工具箱”選項(xiàng)、大陸結(jié)構(gòu)塑料（現(xiàn)為帝人汽車(chē)的一部分，美國(guó)密歇根州奧本山）的多材料示范件以及用于生產(chǎn)電池盒上蓋示范件的智能熱塑性RTM工藝。
值得一提的是，頂蓋和底蓋并不是復(fù)合材料在電池殼中唯一的潛在應(yīng)用。電池殼要獲得成功的性能，需要無(wú)縫設(shè)計(jì)的緊固和裝配解決方案。Bossard（瑞士楚格）在一篇文章中詳細(xì)介紹了其為滿足電動(dòng)貨車(chē)對(duì)電池殼應(yīng)用提出的嚴(yán)格公差要求（以及OEM和一級(jí)供應(yīng)商的成本目標(biāo)）而開(kāi)發(fā)一種新型緊固解決方案所開(kāi)展的研究。該公司利用其在復(fù)合材料緊固件方面積累的知識(shí)開(kāi)發(fā)了一種新的嵌件螺柱設(shè)計(jì)，提高了強(qiáng)度和耐用性，并降低了總體成本，減少了所需要的工具。
Bossard專門(mén)設(shè)計(jì)的嵌件螺柱緊固件（圖片來(lái)源：Bossard）
氫動(dòng)力壓力容器
電動(dòng)汽車(chē)并不是為公路車(chē)輛而開(kāi)發(fā)的替代燃料汽車(chē)的唯一選項(xiàng)，尤其是在重型貨車(chē)市場(chǎng)中。許多開(kāi)發(fā)還在利用零排放的燃料如氫氣和可再生天然氣（RNG）來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸業(yè)的脫碳。
用于儲(chǔ)存這兩種燃料的最成熟、最主要的系統(tǒng)包括Ⅲ型和Ⅳ型壓力容器，它們由碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂制成，是通過(guò)將纖維分別纏繞到鋁或塑料的內(nèi)膽上而制成的。
用復(fù)合材料設(shè)計(jì)太陽(yáng)能汽車(chē)
除了電池電動(dòng)和氫動(dòng)力汽車(chē)外，還有幾種太陽(yáng)能汽車(chē)概念正在開(kāi)發(fā)之中，以替代傳統(tǒng)的汽油和內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。
Aptera（美國(guó)加利福尼亞州卡爾斯巴德）是一家初創(chuàng)公司，正在開(kāi)發(fā)一款裝有太陽(yáng)能電池板的太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē)，該電池板可在車(chē)輛行駛或停止時(shí)充電。這款名為L(zhǎng)aunch Edition的首款量產(chǎn)車(chē)配備了大約700瓦的太陽(yáng)能電池，一次充電可行駛400英里。該車(chē)輛要求其結(jié)構(gòu)具有極佳的性能效率，由此而誕生了碳纖維復(fù)合材料的車(chē)身，名為BinC，據(jù)說(shuō)這種結(jié)構(gòu)還可以回收多達(dá)5次。
處于組裝階段的Aptera的碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）車(chē)身。采用BinC結(jié)構(gòu)方法的車(chē)身使用了與 CPC 集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)的碳纖維片狀模塑料（CF-SMC）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高的強(qiáng)度/重量比以及生產(chǎn)的可擴(kuò)展性（圖片來(lái)源：Aptera）
2022年11月，Aptera與CPC集團(tuán)（意大利摩德納）簽署了一項(xiàng)協(xié)議，生產(chǎn)這些專用的復(fù)合材料車(chē)身。2023年9月，第一批復(fù)合材料的預(yù)生產(chǎn)部件被發(fā)布。2024 年，Aptera 宣布將進(jìn)入阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)市場(chǎng)，并已為其初始生產(chǎn)階段募集了3300萬(wàn)美元的新資金。
.png)
