在电池电动汽车、太阳能电动汽车和氢动力汽车等新兴市场的引领下，预计汽车复合材料市场将迎来增长，同时将采用更高效或可持续的复合材料与工艺技术（图片来源：左上角起按顺时针方向依次是：SABIC、Aptera、Hankuk Carbon 和 Dymag、Bossard、Sonichem）
长期以来，复合材料一直在为汽车外饰件、结构件甚至一些内饰部件提供优势，如减重以及可成型出复杂的形状。在注重减重以提高性能的赛车开发领域，以及在产量低且受益于碳纤维优美质感的豪车领域，复合材料一直备受青睐。
而在较高产量的商用车领域，这些材料也有着各种各样的应用，只是应用的速度相对较慢，这是因为用于碳纤维或玻璃纤维复合材料的原材料要比金属替代品更昂贵，而且生产工艺从来都只适合小批量的生产。
然而，作为Allied Analytics LLP（美国俄勒冈州波特兰）的一个提供全方位市场研究和商业咨询的部门，Allied Market Research（美国特拉华州威尔明顿）发布的2023-2032 年汽车复合材料市场报告则预计，到2032年，汽车复合材料行业的收入将翻番。
按照预测，对电池电动汽车的开发及其销售的增长，将推动汽车复合材料应用的增加。由于汽车制造商们试图抵消较大的电池组带来的额外重量来减轻汽车整备质量、延长每次充电的续航里程，使得电动汽车为使用复合材料从而实现轻量化带来了许多机会。
根据 Allied Market Research 的报告，随着复合材料的生产技术朝着更快的工艺方向发展，如树脂传递模塑（RTM）成型工艺，复合材料将成为高产量应用更具竞争力的选项，也将使得预期的行业增长成为可能。
电动汽车电池壳技术的持续发展
复合材料应用于电池电动汽车的最大机会之一是电池壳——包括上盖以及用于在车内固定和保护车架与电池单元的底盘。据说，空的金属电池壳即使在装载前也会将车辆质量增加110-160kg，这使其成为电池电动汽车上最重的部件——这就为更轻的复合材料带来了机会。
除减重外，改用复合材料电池壳还可以带来其他许多好处，如能够成型出更复杂的形状、具有更好的抗冲击性和耐腐蚀性、更快的组装速度、更高的耐用性以及通过采用特定配方来改善阻燃性/防火性，后者在应对汽车制造商的严格要求（如UL Solutions 于2022年发布的UL标准2596）方面特别有利，该要求旨在控制热失控，即锂离子电池过热时产生的热量溢出以及潜在的火灾和烟雾。
UL 标准 2596 是基于 Forward Engineering与现代汽车公司的协议，该协议利用电阻加热器而不是明火来了解材料是如何对实际的加热和压力情况作出反应的，从试样顶部发出的火焰和/或等离子体即可证明最终的失效或屈服情况
随着性能和安全要求的日益提高，过去几年来，材料供应商们作出了积极的努力来开发更高性能的复合材料，以满足汽车制造商和电池模块生产商当前和未来的需求。
2023年，材料供应商们推出了几款旨在缓解电池壳热失控的新产品，包括Syensqo（前身为索尔维，美国佐治亚州阿尔法利塔）的Xencor Xtreme系列长玻纤（LGF） PPA 解决方案、Envalior（德国杜塞尔多夫）专为极端电池壳应用而订制的新型可回收热塑性Tepex材料，以及Syensqo的阻燃、快速固化环氧预浸料系统 SolvaLite 716 FR。
为了展示其技术在电池壳应用中的有效性，除汽车制造商外，一级汽车供应商甚至是材料供应商都在不断地推出新的电池壳设计，比如，材料供应商三菱化学集团（日本东京）就在2024 JEC World上首次展出了模压成型的电池盒顶盖设计，据说，该设计是为了方便组装，同时还能兼容该公司的多种材料，包括生物基材料或回收材料、热固性预浸料或热塑性塑料。
在2024 JEC World 上展出的三菱化学集团的电池盒顶盖原型，其设计使其易于组装，还能兼容该公司的一系列材料
其他有关电池盒的开发包括：Stellantis的CpK Interior Products部门（加拿大安大略省Corbyville）采用真空辅助湿法模压成型的设计、一级供应商Katcon（墨西哥蒙特雷）的多材料“工具箱”选项、大陆结构塑料（现为帝人汽车的一部分，美国密歇根州奥本山）的多材料示范件以及用于生产电池盒上盖示范件的智能热塑性RTM工艺。
值得一提的是，顶盖和底盖并不是复合材料在电池壳中唯一的潜在应用。电池壳要获得成功的性能，需要无缝设计的紧固和装配解决方案。Bossard（瑞士楚格）在一篇文章中详细介绍了其为满足电动货车对电池壳应用提出的严格公差要求（以及OEM和一级供应商的成本目标）而开发一种新型紧固解决方案所开展的研究。该公司利用其在复合材料紧固件方面积累的知识开发了一种新的嵌件螺柱设计，提高了强度和耐用性，并降低了总体成本，减少了所需要的工具。
Bossard专门设计的嵌件螺柱紧固件（图片来源：Bossard）
氢动力压力容器
电动汽车并不是为公路车辆而开发的替代燃料汽车的唯一选项，尤其是在重型货车市场中。许多开发还在利用零排放的燃料如氢气和可再生天然气（RNG）来实现运输业的脱碳。
用于储存这两种燃料的最成熟、最主要的系统包括Ⅲ型和Ⅳ型压力容器，它们由碳纤维/环氧树脂制成，是通过将纤维分别缠绕到铝或塑料的内胆上而制成的。
Aptera：用复合材料设计太阳能汽车
除了电池电动和氢动力汽车外，还有几种太阳能汽车概念正在开发之中，以替代传统的汽油和内燃机汽车。
Aptera（美国加利福尼亚州卡尔斯巴德）是一家初创公司，正在开发一款装有太阳能电池板的太阳能电动汽车，该电池板可在车辆行驶或停止时充电。这款名为Launch Edition的首款量产车配备了大约700瓦的太阳能电池，一次充电可行驶400英里。该车辆要求其结构具有极佳的性能效率，由此而诞生了碳纤维复合材料的车身，名为BinC，据说这种结构还可以回收多达5次。
处于组装阶段的Aptera的碳纤维增强聚合物（CFRP）车身。采用BinC结构方法的车身使用了与 CPC 集团合作开发的碳纤维片状模塑料（CF-SMC）技术，可实现高的强度/重量比以及生产的可扩展性（图片来源：Aptera）
2022年11月，Aptera与CPC集团（意大利摩德纳）签署了一项协议，生产这些专用的复合材料车身。2023年9月，第一批复合材料的预生产部件被发布。2024 年，Aptera 宣布将进入阿拉伯联合酋长国市场，并已为其初始生产阶段募集了3300万美元的新资金。
热固性和热塑性的结构部件
无论车辆的燃油系统类型如何，OEMs都会不断地在有意义的地方逐步采用复合材料的结构部件，并采用更高效、更自动化的复合材料生产工艺，以获得与生产金属部件一样的产出量。
热固性复合材料在乘用车的半结构垂直和全结构水平车身外板以及底盘/硬壳式部件上有着悠久的应用史。自1950年代雪佛兰克尔维特首次采用玻纤增强 （GFRP）外板以来，热固性复合材料结构部件的生产已从手工铺层发展到片状模塑料（SMC）的模压成型，其应用范围也从车身面板扩展到结构皮卡厢、底盘部件和电动汽车电池盒。
注射成型的短玻纤增强热塑性塑料于1980年代初首次出现在非结构的保险杠蒙皮上，随后被用于挡泥板等各种垂直面板，最终被用于后尾门。据说，要生产出具有A级表面的热塑性水平车身面板（如引擎盖、车顶和行李箱盖）是非常困难的，尽管它们重量轻、冲击强度高以及出模后即拥有高质量的表面从而可减少模后加工。
RLE International（德国科隆）不久前开发了一种创新的水平热塑性夹芯板技术，该技术首先被用于内舱壁，然后该公司对其用于车顶外板和引擎盖进行了概念研究。
RLE International 开发了一种创新的低成本/低压模压成型工艺和热塑性的夹芯板技术，这些技术自2019年以来一直被用于生产商用车的内舱壁（此图），目前该公司正在研究使用其技术来生产车顶外板和引擎盖（图片来源：SABIC）
同样在热塑性塑料领域，2023年秋季，聚烯烃和生物聚合物的生产商Braskem（美国宾夕法尼亚州费城）宣布，其推出了一种用于示范的安全带加强件，它由用复合材料编织的网格增强材料以及采用Weav3D Inc.（美国佐治亚州诺克罗斯）的单向纤维增强复合材料带材制成的聚丙烯（PP）片材制成。Weav3D的工艺能够为各行业大批量地生产热塑性复合材料的网格结构，与复合材料有机片材相比，据说可以减轻部件重量、降低成本以及减少浪费。
2024年初，HyWaSand项目展示了用于货车内部的储物箱翻盖示范件，它包含一个由全自动热成型工艺制成的热塑性复合材料夹层结构。参与该项目的德国合作伙伴包括：戴姆勒卡车公司（斯图加特）、爱尔铃克铃尔股份公司（斯图加特）、ThermHex Waben GmbH（哈雷）、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（简称弗劳恩霍夫IMWS，哈雷），奥地利的Engel Austria GmbH（施韦特贝格）也参与其中。他们表示，其结果有望用于生产轻质、低成本、大批量的内饰部件，并正在研究客户应用。
同样值得注意的是，2022年，宝马集团（德国慕尼黑）推出了其最新的电池电动运动休闲车（简称SAV）iX，它采用了Carbon Cage车架，该车架是在一个多材料的设计中综合应用了RTM编织预成型、纤维增强热塑性塑料的注射成型、模压成型和金属工艺，该设计是建立在宝马之前用于i3、i8 和7系的复合材料策略基础之上。
碳纤维轮毂
与结构和外饰部件一样，采用轻量化的碳纤维复合材料或混合采用金属与复合材料的轮毂长期以来一直在高性能、低产量的赛车上占有一席之地，其超轻重量有助于缩短车辆的单圈时间。
近年来，为量产车开发复合材料或混合材料的轮毂越来越受到重视。第一个完全商业化用于汽车行业的碳纤维轮毂由Carbon Revolution（澳大利亚Waurn Ponds）制成，于2008年被推向市场。2015年，Carbon Revolution针对福特野马Shelby GT350R车型推出了碳纤维的轮毂，但每套15000美元的价格，使得这些轮毂并不适合大批量的车辆。
从那时起，一些汽车复合材料的制造商就一直在寻求通过材料与工艺的组合，来使碳纤维轮毂在成本和性能上能与锻造和铸铝的轮毂展开竞争，这包括：
1. Vision Wheel（美国阿拉巴马州迪凯特）于2021年推出的轮毂，采用了A&P Technology（美国俄亥俄州辛辛那提）的编织织物和IDI Composites（美国印第安纳州诺布尔斯维尔）的材料，以期用于高性能汽车，最终用于电动汽车。
2. ESE Carbon Co.（美国佛罗里达州迈阿密）于2022年推出其E2一体式碳纤维轮毂，它采用订制纤维铺放预成型和RTM工艺制成，适用于售后市场。
3. 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）工艺制成，于2022 年推出，用于售后跑车/超级跑车细分市场。
4. Carbon Revolution于2023年推出了新的轮毂，目标是电动汽车和货车的售后市场。
5. 现代汽车（韩国首尔）于2024年2月首次推出用于其Ioniq 5 N NPXI汽车的碳纤维混合材料的轮毂概念。这款订制轮毂由车轮制造商 Dymag（英国威尔特郡）和复合材料的专业公司 Hankuk Carbon（首尔）合作开发，它整合了碳纤维复合材料的外轮辋与精加工的五辐锻造金属中心件。
这款21英寸、约10公斤的混合材料轮毂由 Dymag与Hankuk Carbon合作开发，是现代汽车公司集约化发展计划的一部分（图片来源：Dymag和Hankuk Carbon）
回收材料或生物基材料
除了关注电气化之外，汽车行业还在不断创新，为众多部件提供更可持续的材料解决方案——从天然纤维复合材料到生物基树脂、可回收性等。这种对可持续发展的推动，可能很快就会被一些地区的立法所强制执行，如欧盟（EU）提议的一套规则，涵盖了从设计到报废（EOL）的整个车辆生命周期，比如，要求在车辆设计中最大程度地降低回收率、车辆中使用塑料的25%要来自回收材料，以及对某些部件的强制回收和再利用。
该领域的新进展包括：
1. 汽车技术供应商 Forvia（法国楠泰尔）宣布了多项举措，以实现更可持续的汽车制造和设计，包括：用模块化的内饰概念来减少对材料的使用和组装所需的部件，使用回收材料或生物基材料，以及增加其储氢罐的制造。
2. Forvia还于2022年在法国里昂成立了一个名为 Materi''Act 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成分高达90%的树脂、开发该公司NAFILean大麻纤维/聚丙烯产品的新版本，以及开发由生物基前体和低能耗工艺制造的碳纤维。
Materi’Act的一个目标是生产由生物基前体制成的低碳足迹碳纤维，以及采用低能耗工艺生产纤维（图片来源：Forvia）
3.在CIDER（用回收和可持续复合材料制造采用循环产品设计的汽车部件）项目的支持下，树脂供应商阿科玛（法国哥伦布）及其合作伙伴首次推出了一款由回收纤维和阿科玛的可回收Elium树脂制成的汽车门板。
4.亚麻纤维供应商 Bcomp（瑞士弗里堡）的亚麻纤维/环氧树脂材料已被用于各种汽车外饰和内饰部件，包括最近为Cupra（西班牙巴塞罗那）的Born VZ 电动汽车开发的座椅以及为一级汽车供应商 Eberspächer（德国埃斯林根）提供的公共汽车空调罩。
5. Optiplan GmbH（德国厄尔斯尼茨）和树脂供应商 AOC（德国沙夫豪森）合作开发的汽车夹芯板材料整合了Optiplan的回收 PET板材以及来自消费后PET废料的AOC的配方。
Sonichem的英国倡议致力于将生物质副产品转化为木质素，用于生产汽车用的塑料、树脂和复合材料（图片来源：Sonichem）
6. 由可持续技术创新者 Sonichem（英国南安普敦）领导的一个联盟，正在开发专有的 Sonichem 超声技术，并生产可再生的、具有成本效益的替代品，用来替代石化产品以生产汽车行业使用的塑料、树脂和复合材料。
