寶馬將在其下一代7系旗艦轎車中裝備
碳纖維駕駛艙，以提升安全性；
碳纖維的裝備也將鞏固其作為最優(yōu)秀、最安全的高端轎車的優(yōu)勢，拉開其與梅賽德斯-奔馳和奧迪等競爭對手的距離。這是一場技術(shù)以及后勤保障方面的雙重勝利：碳纖維的生產(chǎn)基地遍布全球，從日本到美國華盛頓州再到德國的四個地方。寶馬公司采用術(shù)語“碳芯”（Carbon Core）來描述乘客艙四周的安全單元，這些區(qū)域采用碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）、以及鋁合金和高強(qiáng)度鋼構(gòu)成。
然而，并不是創(chuàng)建一個全碳纖維的外殼，因為即便對于今年秋天即將上市的售價在8萬美元以上汽車，仍然非常昂貴。寶馬在關(guān)鍵部位采用CFRP擇優(yōu)加強(qiáng)了部分原本已經(jīng)很強(qiáng)的金屬/鋁客運單元。15個CFRP加強(qiáng)部位包括擋風(fēng)玻璃的頂部、門檻、傳輸隧道、從前到后以及從左至右的頂板加固管、前后門間的B-柱、以及后部行李架。寶馬認(rèn)為碳纖維是其7系旗艦轎車的眾多技術(shù)優(yōu)勢之一。
日本大竹和美國西雅圖開啟碳纖維制作
寶馬與多家公司合作生產(chǎn)碳纖維等來組成7系及寶馬 i3城市汽車和i8混合動力跑車的超強(qiáng)零部件。在日本大竹，三菱麗陽株式會社與德國碳纖維生產(chǎn)商威斯巴登SGL集團(tuán)組成的合資公司生產(chǎn)聚丙烯腈纖維，這是被稱為碳纖維前驅(qū)體的一種熱塑性有機(jī)物。相同的聚丙烯腈化合物也可用以制作衣服，任何叫丙烯酸（或杜邦公司命名的腈綸）的都屬于聚丙烯腈。
聚丙烯腈（PAN）纖維跨越太平洋，成為真正的碳纖維。它們被送到西雅圖以東200英里摩西湖的SGL汽車碳纖維公司的熔爐中，該地區(qū)具有豐富、廉價的水力發(fā)電。（這是寶馬和SGL集團(tuán)的另一個聯(lián)合企業(yè)。）
第一個步驟稱作穩(wěn)定/氧化，將PAN纖維加熱至200-300°C約1小時，拉拔出來吸收空氣中的氧氣。如此一來，纖維不再易熔易燃。
第二個步驟是碳化，需要高達(dá)1,000-3,000° C的溫度。密封燒結(jié)爐是無氧的。纖維失去非碳原子部分，而碳原子排列成平行于纖維長軸，形成緊密的碳晶體。獲得的纖維含有95%的碳，完全可以猜測得到，呈黑色狀。另外還需要特殊的表面處理，以確保能夠與合成樹脂、環(huán)氧樹脂良好結(jié)合。還需要特別處理的是離開熔爐之后不能使其受到空氣污染。
摩西湖加工廠擁有6條生產(chǎn)線，碳纖維年產(chǎn)量約為9000噸。這是世界上最大的碳纖維生產(chǎn)基地。波音公司在每架787飛機(jī)上（機(jī)身、機(jī)翼）使用的碳纖維還要多得多，但波音公司每月建造10架飛機(jī)，而寶馬每月可產(chǎn)5000輛7系汽車。
碳纖維材料從太平洋西北部運往德國慕尼黑寶馬總部以北100英里的Wackersdorf。這里有另一家SGL-寶馬聯(lián)合企業(yè)。Wackersdorf加工廠紡織碳纖維層。碳纖維布料經(jīng)海路運往寶馬在Landshut、Leipzig和Dingolfing的工廠，經(jīng)切、分層、對齊、成型，然后塑成超強(qiáng)CFRP零部件。
碳纖維汽車零部件的成型
寶馬開放了距慕尼黑東北一小時路程的Dingolfing工廠，展示了碳纖維板生產(chǎn)的最后一個步驟：碳纖維汽車零部件的成型。這種紡織纖維被切割成成品尺寸，放置在壓制機(jī)上，注射樹脂，并在壓力下烘烤數(shù)分鐘。下圖展示了碳纖維門檻：可防止汽車被側(cè)面撞擊時發(fā)生向內(nèi)凹陷。
最有趣的部分是B-柱——前后門之間的側(cè)柱。實際上是一個金屬、碳纖維、更多的金屬組成的由內(nèi)及外的三明治結(jié)構(gòu)。需要特別注意的是烘烤過程，因為加工CFRP組件的溫度需要接近于削弱金屬沖壓件熱處理的溫度。最后的裝配中，部分零件粘在金屬車身上，另一部分使用螺栓。沿著A-柱、車頂和C-柱的碳纖維管被裝在鋼槽內(nèi)。
Dingolfing加工廠中，靠近硫化機(jī)的地方，零部件靠在工廠墻邊，游客可以嘗試彎曲CFRP零件及金屬沖壓件。金屬沖壓件足夠強(qiáng)，但可以扭曲或彎曲一點點。CFRP很難偏轉(zhuǎn)或扭曲。不管人們破壞這些沖擊強(qiáng)度仍不是非常清晰的CFRP是否困難，但碳纖維和鋼之間的差異似乎還是很大的。
時間、金錢、加工控制
經(jīng)過觀察，Dingolfing加工廠進(jìn)行CFRP板的最后加工，與原來每分鐘加工數(shù)個的機(jī)械壓力機(jī)明顯不同。每塊CFRP需要花費好幾分鐘，由機(jī)器人從托盤上移除碳纖維開始，經(jīng)壓制和剪切，接著噴射成片。整個過程幾乎沒有噪音，而機(jī)械沖壓的噪音震耳欲聾。即使沒有像摩西湖加工廠那樣的熔爐，這些裝置也占用了大量的空間。
在Dingolfing，每隔一段時間就會無法自動彈出，工人都不得不暫停來手動復(fù)位或移除。這不是一個完全自動的過程。寶馬必須在CFRP加工上有信心，并保持能力，因為從現(xiàn)在到2016年底，建造7系需要上百萬片碳纖維。再加上5系、3系及相應(yīng)的SUV，寶馬每年可能需要100~200萬個CFRP零部件。
在某個時間，幾乎每個汽車制造商都提供自適應(yīng)巡航控制、現(xiàn)場檢測、車道偏離警告——這些在十年前只有高端汽車才有——寶馬有這樣的技術(shù)來面對從未有過的競爭，別說“與寶馬幾乎一樣的好”汽車采用便宜得多的價格來搶占市場。
汽車碳纖維的未來
對同樣的零件而言，碳纖維的成本是鋼的8倍，但在過去的十年間，其成本已經(jīng)顯著下降了：十年前每磅鋼的成本約為1美元，而碳纖維的成本超過30美元。寶馬正努力將CFRP的成本降到5美元每磅以下。之前，CFRP只在高端跑車的車頭和車頂使用，或者作為炫耀品，如側(cè)鏡或控制臺的裝飾面板。
提高生產(chǎn)效率是進(jìn)一步削減CFRP成本的更便宜方式。現(xiàn)在，許多零部件（最后階段）的周期是1~2分鐘：至多半小時。如果一臺壓制機(jī)能夠每3分鐘生產(chǎn)一個CFRP零件（包括配件、沖壓/固化、移除），每個轉(zhuǎn)換可年產(chǎn)4萬個零件，如果壓制機(jī)不停歇的話可年產(chǎn)17.5萬個零件。
聚乙烯（PE）是正在研究的一種原材料，有望比PAN便宜30%，這將使CFRP零件應(yīng)用于主流汽車。
每一個美國汽車制造商都在研究碳纖維，同時尋找類似于碳纖維的 復(fù)合材料，包括鋁合金。雪佛蘭Spark Electric的電池盒是由 玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基酯，這是雪佛蘭在最后期限采用鎂合金進(jìn)行塑形遇到困難時開發(fā)出來的。
寶馬采用碳纖維的范圍從大平板（如M3的車頂），擴(kuò)大到i3的EV/PHEV和i8的車廂，再到7系的碳核心部件。有報道說寶馬計劃將碳纖維應(yīng)用到中型5系和3系中。如果寶馬在3系中采用與7系一樣的碳纖維零部件，將需要擴(kuò)大十倍的碳纖維生產(chǎn)，因為3系的銷售每年超過50萬輛。如果寶馬準(zhǔn)備將碳纖維應(yīng)用于更多的車型，這是一個安全方面的優(yōu)勢，在一段時間內(nèi)可能也會是一個銷售優(yōu)勢，提升品牌優(yōu)勢。
