碳纤维：10倍钢材强度，为什么汽车尚未大面积用？

“关于它的强。”

首先要说的是，碳纤维的强，也是真的强。国内已经实现量产的T1200级（SYT80）超高强度碳纤维，单丝直径不到头发丝的十分之一，拉伸强度突破8000兆帕，约为普通钢材的10倍，密度却只有钢材的四分之一。这大概就是，同样一个结构件，用碳纤维做，在理论上不仅可以比钢做的要轻很多，而且强度还绰绰有余。所以，可能会听到在造飞机的时候，早就用它进行减重了，原因大概就是这个。

不过，也需要留意的是，这个10倍，也是限于特定级别碳纤维的拉伸强度与普通钢材拉伸强度的对比，并不意味着所有的碳纤维在所有指标上都比钢材强10倍。碳纤维，作为一种材料，种类很多，不同等级、不同形态的产品性能差异也很大。

这样看来，大概就是它强，也是真的，但也不能拿一个最高级别的数据，去套所有的品类。就好比手机，同一品牌的手机，可能旗舰机很强，但入门级指定就没它强。

“关于成本。”

买一辆汽车和买一架飞机，大概不是一个概念，纵然是豪车，也基本是完全不在一个量级上。

这就可能导致一个结果，飞机可以为一公斤减重付出很高的代价，但是汽车就可能没有那样的底气。汽车的成本是按每公斤材料和每辆车来算的，而且是乘以几十万、上百万辆来算的。

先看材料本身。公开行业研究报告里，低碳钢的材料成本大约在每公斤0.7到1美元这个量级，而碳纤维增强复合材料的材料成本在每公斤8.74到24美元之间。这里特别需要说明的是，这还只是材料这一项。碳纤维真正的贵，贵在把它变成零件的过程。钢冲压成型是一套极其成熟、节拍极快的工艺；碳纤维复合材料要把碳丝和树脂按精确的铺层方向叠好，再送进热压罐或者模压设备里固化。

有行业报告的数据显示，钢材冲压的制造成本摊到每公斤不到1美元；传统工艺制作碳纤维件，制造成本可以达到每公斤23美元以上。

这样看来，成本不仅体现在材料贵一截，还有制造，也要再贵一截，当两个叠加在一起，一辆车如果大规模换用碳纤维，成本结构可能就和现在完全不是一回事了。

“关于等待。”

汽车的总装线，差不多算是节奏很快的制造场景了，而它的零部件生产节拍，往往也是以秒或者一两分钟来计算。

碳纤维零件的成型速度，跟这些节奏比起来，大概就是被碾压。传统的热压罐工艺，一罐固化动辄需要60到120分钟。这个时间的长度，放在航空航天或者赛车制造里可能是完全可以接受，但是放到年产几十万辆的乘用车赛道，大概就是另外一回事了。

近几年，也有一些快速成型工艺把单件节拍压缩到了几分钟级别，这种方向是有了，但是这类工艺的设备投入、模具精度和工艺窗口控制，又形成了一整套新的成本门槛。

“关于维修和报废。”

相比之下，钢材的好处是，它在碰撞中会通过可控的塑性变形来吸收能量，变形模式相对好预测，维修体系也十分成熟。

而碳纤维复合材料，可能就不太一样了，它更脆，在复杂受力下的断裂行为更复杂，对设计和维修都提出了更高的要求。在研发上，一直在想办法改善碳纤维复合结构的吸能稳定性，工程上也在用碳纤维和金属的混合结构来平衡性能与可预测性。但这套体系的成熟度，和钢车身积累了上百年的碰撞数据库相比，仍有明显差距。

此外，还有一个问题就是报废。一辆车总是有使用寿命的，后续怎么处理，也是一个绕不开的问题。

碳纤维复合材料主流基体是热固性树脂，一旦固化，交联结构就很难拆开。钢可以回炉重炼，铝可以重熔；而碳纤维复合材料的高值化回收，至今仍然是学术界和工业界重点攻关的难题。如果一种材料在大规模使用之后缺乏成熟的循环路径，它的全生命周期成本就会比出厂价看起来更高。

“写在最后。”

所以，这样看来，为什么汽车上不大面积使用碳纤维？

好像也不是不想用，而是要综合考量。

减重是真的，这没有什么争议的，尤其在电动车上，车身轻一点，同样电量就能多跑一些里程，电池搭载量也有机会减少。但减重带来的收益，能不能覆盖材料、制造、维修和回收环节增加的成本，不同车型的结果，可能会完全不一样。

在顶级跑车或者限量车型上，碳纤维的账算得过来。车辆本身定价有充足空间去消化额外成本，减重带来的性能提升，本身就是核心卖点。而到了主流家用汽车市场，这套逻辑好像就变了。不是碳纤维不够好，而是造车行业里评判一种材料，可能从来不是只看强度高不高。它还要看，一公斤多少钱，一分钟能产出几件，撞坏之后好不好修，车辆报废之后去哪里。

转载自-水木研报