全身主要由復合材料制作的波音787飛機,完成了大型民用飛機由傳統的鋁合金向碳纖維增強塑料復合材料的轉變。新飛機所用材料按體積計算,復合材料占到80%。按重量計算則為:50%復合物料,20%鋁,10%鋼 ,和20%的其他材料。
一般來說,航空航天工業開發出來的先進材料可以向其他工業推廣。如二戰時期為飛機開發的玻璃纖維復合材料,已在游艇和風能葉片行業占據主流。纖維復合材料強度與鋼相當,比重只是1.5~2.0克/立方厘米,但是僅在F1方程式賽車和高端跑車上得到應用,在普通轎車上并沒有成為主要材料。復合材料在汽車工業沒有大規模應用的主要原因是,大規模生產技術路徑沒有完全打通。受幾個關鍵技術瓶頸制約,生產效率低,成本高,無法實現汽車工業必須的高效率大規模生產。雖然歷史上進行了多次嘗試,都沒有成功。
美國總統奧巴馬宣布新的轎車燃油效率標準:到2025年新車型要求每百公里燃油減少50%,達到每百公里燃油4.3升。此前,能源基金會高級副主席、中國可持續能源項目總裁林江在接受《科學時報》記者采訪時表示,美國車輛新標準的出臺將促使百億美元的投資流向能效技術研發領域,將推動汽電混合動力技術與輕型材料的研究和商業化。
因為節能減排迫切要求,歐洲和日本各大車廠均選擇開始了新一輪應用碳纖維等高強纖維復合材料的努力。采用復合材料可使汽車車身減重40%。復合材料還能提高抗撞性能和安全性。要想取得成功,必須取得技術突破。德國寶馬電動汽車i3和其他車廠的碳纖維車身多是采用樹脂轉移模塑成形技術(RTM)。
RTM主要原理是在模具的腔中鋪放纖維預制體,將樹脂液體注入模腔,樹脂浸注纖維預制體后固化成固體,脫模獲得構件。這個RTM流程的效率主要取決于樹脂的固化時間和纖維預制體的鋪層效率兩個制約因素。以前,樹脂的固化時間至少需要30分鐘,而生產汽車要求幾分鐘甚至一分鐘制成一個構件。美國陶氏近期為汽車工業開發出了2分鐘固化的樹脂,突破了樹脂固化時間的瓶頸。
要使用長纖維做結構材料,通常由紗線做成纖維片, 疊層纖維片到一定厚度得到纖維體。由于自動化機械操作纖維片材難度較大,只有要求很高的飛機和形狀比較規則構件才能夠采用昂貴的自動化鋪層設備。纖維疊層多采用手工,效率低,成本高。這是大規模生產的一個主要障礙。寶馬等各大汽車公司都還沒有解決,所以寶馬的i3汽車售價要4萬歐元左右,屬于高檔汽車。