長久以來對于碳纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，人們一直在圍繞一個焦點(diǎn)在進(jìn)行爭論：是否值得為碳纖維復(fù)合材料付出額外的高成本？針對這一問題Bold Valuely Tech公司最近的一個項(xiàng)目進(jìn)行對比后得出結(jié)論：碳纖維復(fù)合材料確實(shí)值得！

在這個項(xiàng)目中，目標(biāo)產(chǎn)品是逆變器外殼組件，它是一個包含電池并允許其與其他部件（主要是電機(jī)）通信的裝置。用于該組件的傳統(tǒng)材料是鋁合金，而Bold Valuely Tech通過使用鋁和碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行對比得出驚人的結(jié)論：碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件重量比鋁合金減輕了91%，僅一個底盤而言鋁合金構(gòu)件重6746克，而碳纖維構(gòu)件僅重616克，這相當(dāng)于鋁制零件重量的1/11。

長期以來，鋁一直是該部件的首選結(jié)構(gòu)材料。畢竟，由于廣為人知，人們使用這種材料也是自然而然的，所以人們幾乎不怎么關(guān)注到碳纖維復(fù)合材料。事實(shí)上，碳纖維復(fù)合材料與鋁一樣有效，而且具有明顯的優(yōu)勢，即加工的結(jié)構(gòu)件可以更輕。在項(xiàng)目開始時將所有組件組合在一起的團(tuán)隊(duì)確實(shí)希望降低成本，這可能是碳纖維復(fù)合材料在電力電子和電池的設(shè)計(jì)階段被忽視的原因。

由于碳纖維復(fù)合材料報價較高，因而大家愿意接受這種材料；雖然在進(jìn)行對比試驗(yàn)時，Bold 公司堅(jiān)信不會超出預(yù)算，但他們想重申一個事實(shí)，即材料的性能最終將超過成本因素。這甚至可以體現(xiàn)在車輛的整個使用壽命內(nèi)節(jié)約成本。

與剛度比約為25 GPa/（g/cm3）的鋁合金、鈦合金和鋼等相比，碳纖維復(fù)合材料的范圍為66至150 GPa/（g/cm3），這使得其優(yōu)勢是金屬的3到6倍。實(shí)際的重點(diǎn)應(yīng)該放在減輕重要的優(yōu)勢上，從長遠(yuǎn)來看，對于特定的應(yīng)用，例如在高水平的賽車運(yùn)動中，減重確實(shí)會帶來回報。

碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)

在Bold公司的逆變器外殼項(xiàng)目研究中，對當(dāng)前使用鋁制組件的重量與可能用碳纖維替代進(jìn)行了對比。在這項(xiàng)研究中，沒有仔細(xì)檢查結(jié)構(gòu)，因?yàn)殇X制成的結(jié)構(gòu)沒有優(yōu)化，但需要強(qiáng)調(diào)的是，在碳纖維和其他常用金屬制造組件（如鋁合金、鈦合金和鋼）之間進(jìn)行的任何其他研究中，這些結(jié)果都是相似的，結(jié)果證明：碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的重量比鋁合金減輕了91%，單單一個鋁合金底盤就重6746克，而碳纖維底盤僅重616克，這相當(dāng)于鋁制零件重量的1/11。

上述對比僅僅是用碳纖維替代材料時最明顯的改進(jìn)，但并非唯一的改進(jìn)。選擇碳纖維還帶來了其他一些顯著的改進(jìn)，這些改進(jìn)會隨著時間的推移而得到回報。與金屬相比，碳纖維具有以下優(yōu)點(diǎn)，甚至可以節(jié)省成本：

• 通過添加不同材料層，易于對內(nèi)部或外表面進(jìn)行電氣絕緣。這對于高壓應(yīng)用非常重要，因?yàn)樵诎l(fā)生碰撞事件或機(jī)組發(fā)生災(zāi)難性故障時，安全可能是一個問題

• 輕松實(shí)現(xiàn)滿足EMC要求的完整法拉第籠

• 嵌件之間可以像金屬一樣進(jìn)行電氣連接

• 碳纖維復(fù)合材料可以耐腐蝕

• 可在碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中嵌入傳感器

碳纖維復(fù)合材料有不同的形狀和形式，在試驗(yàn)中Bold使用是最常見碳纖維預(yù)浸料。這些材料層具有樹脂和加強(qiáng)層（通常是帶有碳纖維織物的環(huán)氧樹脂）。在預(yù)浸料中，樹脂和增強(qiáng)碳纖維兩種成分先進(jìn)行“預(yù)混合”，并準(zhǔn)備在模具中鋪放；材料在模具中層壓后，加熱和加壓使得樹脂固化從而制備結(jié)構(gòu)件。

總的來說，碳纖維為汽車應(yīng)用提供了顯著的優(yōu)勢。然而，由于主流市場的成本限制，碳纖維復(fù)合材料主要存在于跑車到超級汽車類別以及賽車運(yùn)動中。