尼克希尔·古普塔（Nikhil Gupta）是副教授，史蒂文·泽尔曼（Steven Zeltmann）是一名学生研究员复合材料和力学实验室机械和航空工程部的纽约大学Tandon工程学院。作者将本文贡献给了现场科学的 专家声音：专家和见解。
每年，汽车展览会到达世界各地的城市，但只有少数人拥有纽约特殊的众人瞩目和光泽。由于汽油价格乘车，新技术的引入以及消费者口味的转变，汽车行业在过去五年中经历了巨大变化。
但是一个趋势脱颖而出：去年的纽约国际汽车展上展出的轻量级复合材料提供了有关2016年秀将于本月晚些时候开放的期望以及未来汽车模型的洞察力。
感受纤维
碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料（也称为碳纤维层压板）是使汽车更轻，更燃油效率和更安全的下一代材料。碳层压板非常坚固，由于其编织的层几乎是由硬化塑料（例如环氧树脂）粘合在一起的几乎纯碳纤维。
由于纤维完全是碳，因此它们的密度仅为每立方厘米（g/cc）约1.6克，与桌糖的密度相当 - 导致碳层压层，密度约为1.3至1.5 g/cc。
但是，碳层压板制造过程很复杂，需要手动劳动或昂贵的机器人机器，这两者都导致成品零件的成本很高。而且，最常用的聚合物（环氧树脂）需要24至50小时才能凝固，以凝固碳纤维，进一步增加成本。相反，钢的密度约为7.8 g/cc。碳纤维比钢稍微僵硬，但重量是五分之一。碳层压密度如此之低，甚至超过了最轻的结构金属，镁，密度为1.8 g/cc。
发表声明
可以预见的是，高端性能汽车在其结构中使用大量复合材料来减轻重量并达到更高最高速度，更快加速度或电池寿命（电动汽车中）的性能目标。
但是，碳层压板的吸引人外观以及公众对这种奇迹材料的迷恋，也导致了许多美容应用。实际上，化妆品应用程序正在迅速进入高体积生产的汽车。 [碳纳米纤维制成智能纱这是给出的
拥有全碳体的汽车的一个例子是迈凯轮570s - 结构面板和车身框架是由碳层压板制成的。这款$ 185,000的超级跑车具有562马力V8发动机，带有双涡轮增压器，使它的0到60英里/小时的加速度为3秒，最高时速为204 mph（328 km/h）。因为很多汽车是由复合材料制成的，所以它仅重3,150磅。 （1,429公斤）。
制造具有完全复合结构的570年代的汽车是一项巨大的工作。自1981年第一辆方程式碳固定汽车到达以来，尽管过去35年来，该技术已经过渡到精选的少数生产模型。一些最复杂的挑战是在复杂的形状中产生碳层压板，确保环氧树脂在整个部位均匀渗透，并考虑到材料从不同角度击中的不同强度特性（在纤维方向上的强度更好）并确保质量控制。
克服这些挑战是昂贵的，因此仅在完全以性能为导向的型号中广泛使用了碳纤维材料，包括Alfa Romeo 4C，新的福特GT和Hybrid Porsche 918。
经过悠久的历史，结果
不久前，汽车通过去除尽可能多的部分来减轻体重。较旧的轻巧的保时捷有用于室内门把手的尼龙弦，没有后排座椅，很少有高性能的汽车装有无线电或任何其他不需要的设备。正如我们在迈凯轮650年代的内部看到的那样，情况不再如此。汽车的内部还广泛使用碳层压板，包括方向盘辐条，使设计人员可以增加重量的导航系统和许多舒适功能。除了节省重量外，碳纤维零件还发挥了美学作用：向客户提醒其车辆建造中的高级材料。
豪华汽车的运动版本还广泛使用复合材料，如Maserati Granturismo MC一样，整个引擎盖结构和大量其他组件都是由碳层压板制成的。在那个示例中，大量关节，铆钉和螺钉用于固定碳层压板的零件。工程师曾经认为，为紧固件钻孔会破坏纤维并使组件变得较弱。但是，创新的工程设计和广泛的测试已经解决了这些问题。
由于金属零件触摸碳层压板腐蚀的速度更快，因此设计师为紧固件和碳层压板开发了特殊的涂料。这些昂贵的汽车通常不会暴露于恶劣的环境中，并且倾向于获得更好的维护，这有助于最大程度地减少此问题，但它仍然是将复合材料技术转变为主流汽车的关注点。
与650年代类似，Granturismo MC还包括多个内部组件的碳层压板装饰的选项。前仪表板饰板，方向盘安装的桨式移动器，门槛插入物和侧门插入物可在碳层层板饰中使用。但是，外观是在这些位置使用碳层压板的主要原因。一些修剪成分取代了以前型号中使用的木材或塑料，这些木材或塑料同样轻巧，这意味着在其中一些应用中，碳层压板仅出于美容原因而使用。
Granturismo MC的许多外部组件也由碳复合材料制成。后扰流板，门把手和后视镜套管就是此类组件的示例。 $ 85,000的凯迪拉克CTS-V类似装备。受到空气动力学负载的大型组件，例如扰流板和拆分剂，可以从碳层压板的刚度和轻质重量中受益匪浅。但是，许多其他外部装饰件主要是由碳层压制成的，主要是出于美学原因。在许多汽车（例如Audi R8）中，这些装饰件可作为Extras提供。但是，大型组件（例如发动机盖和侧面板）可以通过更换R8中的金属组件来节省重量。
其他可以说的更为引人注目的复合材料长期以来在没有任何认可的汽车中使用了 - 丰田和其他人长期以来使用了细腻的粘土纳米片，以提高塑料保险杠的紫外线耐药性和尼龙风扇的强度，但由于它们的非描写描述性的外观，很少有人没有给它们。
相比之下，看起来有吸引力的碳层压板已成为时尚陈述，因为没有其他材料复制了纤维编织质地的组合，深黑色和高光泽的碳层层表面饰面。
碳和电力
电动汽车是增加结构性使用的重要途径。轻巧的材料非常适合这个新兴市场领域，因为一种充电的驾驶范围非常敏感，通过具有复杂的形式结构构件来改善电池放置选项，并且它们的外观非常适合电动汽车制造商试图实现的未来派Aura。
随着电动汽车继续从市场的顶级层（例如BMW i8）转移到更容易获得的细分市场（例如Tesla Model 3，BMW i3和大众Egolf），他们将继续依靠碳覆盖层。 i8和i3已经具有碳层压板的物体来减轻体重。
广泛用作装饰件强调了人们对在普通汽车中看到高级材料的普遍愿望。该汽车购买者将碳纤维与高性能和质量相关，这意味着汽车行业这些材料的未来是有希望的。
在本月晚些时候的2016年纽约国际汽车展上，我们预计现有的碳层压板零件将会更广泛地采用，例如后视镜壳体，扰流板和后扩散器。这些零件是由专门的碳层制造商制成的，现在可以以较低的成本为其他型号定制它们。今年也可能会出现一些更广泛地使用一些大型零件，例如座椅结构。从相对负担得起的细分市场中，在汽车中广泛使用碳层压板，宝马i3（在2015年实现了11,024台销售额）将在常规崎triving的驾驶条件和更好的维修成本估算中提供性能结果。来自此类模型的数据将有助于将碳层压推向更多主流汽车。随着排放标准的收紧，所有汽车都需要通过高级材料制造的闪电。
新一波的电动汽车可能会促进复合材料的功能和美学作用的合并，并且碳纤维层压板技术的持续改进正在加速这些应用。发动机盖，后备箱衬里和后空气扩散器似乎已经正驶入更广泛的采用率。
但是也许最关键的是，I3和i8的全碳复合体以及其他生产模型正在提供有关引擎盖和碰撞盒设计的数据，但如果发生高速事故。到目前为止，结果是在崩溃条件下出色的碳复合性能，这将进一步推动使用。
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测验：电动VS。汽油车
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