【导(dǎo)语(yǔ)】2025年(nián)7月(yuè)22日(rì)，河(hé)南(nán)工(gōng)业(yè)大(dà)学(xué)教(jiào)授(shòu)、河(hé)南(nán)省(shěng)国(guó)际(jì)合(hé)作(zuò)实(shí)验(yàn)室(shì)主任(rèn)吴(wú)海(hǎi)宏(hóng)在(zài)“说(shuō)·河(hé)南(nán)”场(chǎng)上(shàng)发(fā)表(biǎo)演(yǎn)讲(jiǎng)，揭(jiē)秘(mì)了(le)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)复(fù)合(hé)材料的独特魅力。吴教授以碳纤维自行车为例，引出了碳纤维复合材料在新能源汽车轻量化中的关键作用。他详细介绍了碳纤维复合材料的性能优势、发展历程以及在新能源汽车领域的应用前景，展望了这一材料如何推动汽车行业向更轻、更强、更智能、更环保的方向变革。

2025 年 7 月 22 日，河南工业大学教授、河南省国际合作实验室主任吴海宏在 2025 说·河南场带来演讲《让汽车“轻装上阵”——碳纤维复合材料的魅力》。

以下是吴海宏的演讲节选：

你有没有见过(guò)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)自(zì)行(xíng)车(chē)？骑(qí)自(zì)行(xíng)车(chē)爬(pá)坡(pō)时(shí)，如(rú)果(guǒ)是(shì)普(pǔ)通(tōng)自(zì)行(xíng)车(chē)，往(wǎng)往(wǎng)会(huì)气(qì)喘(chuǎn)吁(xū)吁(xū)，但(dàn)如(rú)果(guǒ)是(shì)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)自(zì)行(xíng)车(chē)，骑(qí)起(qǐ)来(lái)就(jiù)会(huì)非(fēi)常(cháng)轻(qīng)松(sōng)，轻(qīng)盈(yíng)如(rú)风(fēng)。为(wèi)什(shén)么会有这样的区别？这种差异的奥秘，就藏在一种被称为“黑色黄金”的材料里——碳纤维复合材料。

碳纤维复合材料不仅是高端自行车的“骨骼”，更是新能源汽车“瘦身”的关键，能让新能源汽车“减重不减质”。这是怎么做到的？它又是怎么推动了一场关乎环保与效率的科技革命？接下来让我们一探究竟！“

黑色黄金”——碳纤维复合材料

碳纤维，是由 90%以上纯碳构成的纤维状材料，碳纤维的直径在 5μm ~10μm 左右，差不多是一根头发丝切成十分之一那么细。这些比头发丝还纤细的“黑线”，是现代工业的“黑色黄金”，蕴含着惊人的力量。当它们与树脂、金属或陶瓷等材料结合时，就诞生了性能更强大的碳纤维复合材料——既能减重，又能增强，是航空航天、新能源汽车、体育器材甚至医疗设备的“梦幻材料”。

为什么这(zhè)样(yàng)说(shuō)？一(yī)小(xiǎo)块(kuài)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)复(fù)合(hé)材(cái)料(liào)，重(zhòng)量(liàng)仅(jǐn)相当于同体积钢铁的五分之一，却能承受五倍于普(pǔ)通(tōng)钢(gāng)材的拉力。这意味着，如果用它建造一座跨江大桥，不仅能承载更重的车流，桥梁自身的重量却只有传统钢桥的一个零头。在新能源汽车领域，碳纤维复合材料的轻量化优势尤为突出——新能源汽车车身减重 10%，续航里程可提升 6%~8%。

碳纤维复合材料发展过程。图片来源于吴海宏PPT

碳纤维的“超能力(lì)”怎么实现的？

碳纤维复合材料的核心秘密在于其结构。碳原子通过高温碳化形成石墨晶体，排列成六边形网状结构，如同“微观蜘蛛网”。这种结构赋予材料极高的强度和轻量化特性。例如，一根直径 5mm 的碳纤维绳可吊起两辆 SUV，而重量仅相当于一瓶矿泉水。

碳纤维主要由碳元素组成，碳-碳键具有很高的键能，使得碳纤维具有较高的强度和稳定性。同时，碳原子之间的共价键结合紧密，赋予了碳纤维良好的耐高温、耐腐蚀性能。在微观层面，碳纤维(wéi)具(jù)有(yǒu)高(gāo)度(dù)取(qǔ)向(xiàng)的(de)微(wēi)晶(jīng)结(jié)构(gòu)。这(zhè)些(xiē)微(wēi)晶(jīng)沿(yán)着(zhe)纤(xiān)维(wéi)轴(zhóu)向(xiàng)排(pái)列(liè)，使(shǐ)得(de)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)在(zài)轴(zhóu)向(xiàng)方(fāng)向(xiàng)上(shàng)具(jù)有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的(de)强(qiáng)度(dù)和(hé)模(mó)量(liàng)。就(jiù)像(xiàng)很(hěn)多(duō)根(gēn)非(fēi)常(cháng)结(jié)实(shí)的(de)“细(xì)丝(sī)”整(zhěng)齐(qí)地(de)排(pái)列(liè)在(zài)一(yī)起(qǐ)，共(gòng)同(tóng)承(chéng)受(shòu)外(wài)力(lì)，从(cóng)而(ér)使(shǐ)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)能(néng)够(gòu)承(chéng)受(shòu)较(jiào)大(dà)的(de)拉(lā)力(lì)而(ér)不(bù)断(duàn)裂(liè)。

图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)于(yú)吴(wú)海(hǎi)宏(hóng)PPT

河(hé)南(nán)工(gōng)业(yè)大(dà)学(xué)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)复(fù)合(hé)材(cái)料(liào)国(guó)际(jì)合(hé)作(zuò)实(shí)验(yàn)室(shì)科(kē)研(yán)团(tuán)队(duì)利(lì)用(yòng)高(gāo)精(jīng)度(dù)智(zhì)能(néng)控(kòng)制(zhì)技(jì)术，将传统碳纤维(wéi)进(jìn)一(yī)步(bù)深(shēn)加(jiā)工(gōng)成(chéng)薄(báo)如(rú)蝉(chán)翼(yì)的(de)的(de)超(chāo)薄(báo)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)，使(shǐ)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)在(zài)树(shù)脂(zhī)中(zhōng)的(de)分(fēn)布(bù)更(gèng)加(jiā)均(jūn)匀(yún)，与(yǔ)树(shù)脂(zhī)等(děng)基(jī)体(tǐ)材(cái)料(liào)的(de)结(jié)合(hé)更(gèng)加(jiā)紧(jǐn)密(mì)，纤(xiān)维(wéi)能(néng)够(gòu)更(gèng)好(hǎo)地(de)承(chéng)载(zài)载(zài)荷(hé)，从(cóng)而(ér)显(xiǎn)著(zhe)提(tí)高(gāo)复(fù)合(hé)材(cái)料(liào)的(de)强(qiáng)度(dù)、刚(gāng)度(dù)等(děng)力(lì)学(xué)性(xìng)能(néng)。

同(tóng)时(shí)，碳纤维薄纱具有更好的柔韧性和铺覆性，能够更容易地适应复杂的模具形状和成型工艺要求，无论是用于制造曲面结构还是具有特殊形状的零部件，都能够更好地贴合模具，减少成型缺陷，提高制品的质量和精度。

碳纤维薄纱在电磁性能方面也有一定优势。由于纤维分布均匀，在电磁波传播过程中，能够形成较为均匀的电磁散射结构，对电磁波具有较好的吸收和屏蔽作用。因此，在电子设备、电磁屏蔽等领域有广泛的应用前景。

碳纤维复合材料如何改变新能源汽车行业？

碳纤维复合材料正在引领汽车工业的轻量化革命。这种材料的突破性应用体现在三大维度：

首先是车身结构革新，碳纤维的可设计性让整体式结构取代传统拼接方式，如宝马 i3 的 Life-Drive 模块采用 49.4%碳纤维复合材料，白车身仅重 223kg，实现 50%的减重效果；

其次是制造工艺突破，新型固化技术将生产周期缩短至 2min，支持年产 10 万件级的大规模量产；

最后是集成化设计创新，通过将多个功能部件整合为单一碳纤维模块，既减轻重量又简化装配流程。这些技术进步共同推动碳纤维从高端应用走向主流市场，正在重塑汽车制造的底层逻辑。 未来，碳纤维复合材料还将在成本、应用、设计制造、回收利用以及与智能技术融合等方(fāng)面(miàn)不(bù)断(duàn)发(fā)展，推动汽车行业向更轻、更强、更智能、更环保的方向变革。

随着技术进步，碳纤维的生产成本将逐渐降低，使其价格更具竞争力，从而从高端汽车领域走向更广泛的市场，让普通消费者也能享受到其带来的优势。目前，碳纤维在汽车上主要应用于关键零部件和高端车型的部分结构件，但未来，随着成本降低和技术成熟，其应用范围将大幅扩大，不仅会拓展到车身更多部位，实现整体车身结构的碳纤维化，还可能在汽车动力系统、传动系统等关键部件中发挥更大作用，例如碳纤维传动轴，进一步提升汽车性能和轻量化程度。

在设计与制造方面，未来碳纤维的应用将更加注重一体化创新。一方面，通过材料-结构-性能一体化设计，充分发挥碳纤维可设计性强的特点，实现汽车结构优化和性能最大化。例如，采用混杂纤维结构，将碳纤维与其他纤维混合使用，在保证性能的同时降低成本，并创造独特的材料性能组合。另一方面，先进的成型技术如高效的液体模塑成型、热压成型以及连续纤维 3D 打印技术将不断发展，使碳纤维部件的制造更加高效、精确，能够实现更复杂的结构设计，为汽车的外观和功能创新提供更多可能。

图片来源于吴海宏PPT

同时，随着环保意识增强和相关政策推动，碳纤维(wéi)的(de)回(huí)收(shōu)利(lì)用(yòng)将(jiāng)成(chéng)为(wèi)未(wèi)来(lái)汽(qì)车(chē)行(xíng)业(yè)关注(zhù)的(de)重(zhòng)点(diǎn)。高(gāo)效(xiào)、经(jīng)济(jì)且(qiě)环(huán)保(bǎo)的(de)回(huí)收(shōu)技(jì)术(shù)，如(rú)化(huà)学(xué)解(jiě)聚(jù)等新技术将不断涌现，建立起完善的回收体系，实现碳纤维的循环利用。这不仅可以解决废旧碳纤维复合材料带来的环境问题，还能将回(huí)收(shōu)的(de)碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)重(zhòng)新(xīn)应(yīng)用(yòng)于(yú)汽(qì)车(chē)制(zhì)造(zào)或(huò)其(qí)他(tā)领(lǐng)域，降(jiàng)低(dī)对(duì)原(yuán)始(shǐ)材(cái)料(liào)的(de)依(yī)赖(lài)，实(shí)现(xiàn)资(zī)源(yuán)的(de)可(kě)持(chí)续(xù)利(lì)用(yòng)。

此(cǐ)外(wài)，碳(tàn)纤(xiān)维(wéi)还(hái)将(jiāng)与智能技术深度融合，赋予汽车更多功能。例如，开发具有智能感知功能的碳纤维材料，能够实时监测汽车结构的健康状况，通过内置传感器感知应力、温度等信息，提前发现潜在安全隐患并预警。碳纤维还可能与新能源技术结(jié)合(hé)，开(kāi)发(fā)具(jù)有(yǒu)良(liáng)好(hǎo)导(dǎo)电(diàn)性(xìng)和(hé)导(dǎo)热(rè)性(xìng)的(de)复(fù)合(hé)材(cái)料(liào)，用(yòng)于(yú)电(diàn)动(dòng)汽(qì)车(chē)的(de)电(diàn)池(chí)包(bāo)结(jié)构(gòu)，提(tí)高(gāo)电(diàn)池(chí)安(ān)全性(xìng)和(hé)散(sàn)热(rè)性(xìng)能(néng)，同(tóng)时(shí)减(jiǎn)轻(qīng)车(chē)身(shēn)重(zhòng)量(liàng)，提(tí)升(shēng)续(xù)航(háng)里(lǐ)程(chéng)。

策(cè)划(huà)制(zhì)作(zuò)

演(yǎn)讲(jiǎng)人(rén)丨(gǔn)吴(wú)海(hǎi)宏(hóng) 河(hé)南(nán)工(gōng)业(yè)大(dà)学(xué)教(jiào)授(shòu)、河(hé)南(nán)省(shěng)国(guó)际(jì)合(hé)作(zuò)实(shí)验(yàn)室(shì)主任(rèn)

责(zé)编(biān)丨(gǔn)杨(yáng)雅(yǎ)萍(píng)、金(jīn)禹(yǔ)奋(fèn)

审(shěn)校(xiào)丨(gǔn)徐(xú)来(lái)、张(zhāng)林(lín)林(lín)