关于普锐斯的碳纤维复合材料塑料尾门，我之前在自己的公众号里介绍过，这里我重新整理，补充之后再发出来。今年计划写一个汽车轻量化技术的系列文章，目标是写一些最新的，最有技术水平的汽车轻量化产品，还是以自己比较熟悉的复合材料领域的应用为准，希望这次flag立了，能不被打脸。

尾门的塑料化，目前已经是比较成熟的技术了，虽然国内各大自主车企应用不多，但是欧美以及日本，都有很多成熟的应用。欧洲比如捷豹路虎，雷诺，标致雪铁龙，美国比如通用，福特，克莱斯勒，日本日产，丰田等都多有应用，经历了全热固性塑料到全热塑性塑料的发展，越来越多的主机厂开始应用，因此也不是什么黑科技了。但是，随着混动、纯电动汽车的兴起，电池能量密度的捉襟见肘，为了提高续航里程，更进一步的轻量化需求随之而来。塑料尾门的进一步轻量化，因而也成为了各大主机厂和零部件供应商研究的方向。

今天我们要谈谈碳纤维在尾门上的应用。碳纤维大家并不陌生，因为其昂贵的原材料成本，目前汽车企业大多数应用场景是在高端车型上，用作装饰材料。这就造成了消费者对其高逼格的认知，虽然不知道这东西有什么好，但是知道，这东西很贵。所以，才有了那么多卖车内碳纤维贴纸的淘宝卖家。

其实，碳纤维复合材料分很多种，一般大家所熟知的那种带有编织纹路的碳纤维复合材料，只是其中的一种。碳纤维由于其与树脂混合固化后超高的单一取向性，可以获得非常好的机械性能，再加上其复合材料密度仅为钢材的1/5左右，所以一直是众多行业以塑代钢的最佳选择之一。但是由于其高昂的原材料和工艺制造成本，应用一直没有得到普及，一般在豪华车和超级跑车上使用比较多。

将碳纤维应用到尾门上，自然也是很多主机厂和供应商研究的方向。说起来，业界对于碳纤维在尾门上的应用，虽然不能说有多早，但是新千年以后，还是多有尝试。

2014年佛吉亚在巴黎车展上展示了自己的碳纤维复合材料塑料尾门技术，其内板厚度为1.5mm. 通过优化纤维铺层的取向，可以使得平坦区域加强，从而省去加强件的设计。另外由于整体尾门比较轻，尾门撑杆可以省掉一个。通过这些方法，碳纤维塑料尾门装配总成比相同结构的钢制尾门整体降重在30%以上，具有很好的轻量化效果。该项技术并被使用到了标致208 Hybird Air 2L概念车上，降重7Kg，降幅达35%.

据我推测，佛吉亚生产此款塑料尾门碳纤维复合材料内板的工艺为其在2016年JEC获得年度大奖的“one shot”一次注模工艺。一般的，碳纤维复合材料成型采用RTM工艺的话，先要使用纤维模压预成型，做成骨架，然后放入RTM模具中，注入树脂，发生反应，形成固化的产品，这种工艺预成型和注塑是两个步骤，需要两套模具，两条生产线。而一次注模技术，将预成型和注塑两步合二为一，大大降低了生产周期，提升了效率，降低了成本。

另外在2016年，也就是前年，双龙汽车联合韩国碳聚合技术研究所和德国亚琛大学开发的“定制无屈曲纤维技术”制造塑料尾门方法获得了JEC世界复合材料展览技术创新大奖。其使用的碳纤维是一种工业织物类产品，具体技术细节由于没有更多的信息，无法进行详细的介绍。另外，此技术也被双龙使用到了自家的概念车 Tivoli上进行发布。

再回到丰田最新款的Prius Prime上，其实前年在Prius Prime发布时，丰田已对外公布了其掀背门将使用碳纤维复合材料进行轻量化设计，代替原来的铝合金背门。经过一年的精心准备，现在终于量产了。后来我逛论坛，国外网友有说，因为碳纤维尾门量产过程艰难，最终Prius Prime上市计划还被推迟了，可见新技术产品要大批量生产，困难着实不了。

Prius Prime的碳纤维塑料尾门是丰田联合三菱丽阳一同开发的。三菱丽阳作为PAN基碳纤维国际市场的霸主之一，其在碳纤维生产制造，产品设计及制造方面都有很多经验的积累。早在2014年，三菱丽阳携旗下碳纤维产品生产制造商challenge就给日产神车GT-R sports 跑车制造碳纤维行李箱盖了。

这是三菱丽阳PCM工艺的第一次商业化应用。这款复合材料行李箱盖与之前GT-R上搭载的铝合金行李箱盖相比，重量下降了40%，与碳纤维热压罐成型产品相比，生产成本降低了50%. PCM工艺是一种快速的碳纤维生产工艺，其生产周期大概在2-4分钟之间。

那么什么是PCM工艺呢，按照三菱丽阳的定义，PCM是Prepreg Compression Molding的简称，即预浸料模压工艺。PCM使用最新开发的快速固化树脂预浸料先进行加热预成型，然后放入模压模具内进行保压成型，与RTM工艺相比，省去了注射树脂这一步骤。

具体的，我们直接引用三菱丽阳官方的对比数据，可以直观的看出PCM在工艺成型方面的优势：

与RTM相比，PCM最主要的有点事一下几个方面：1. 成型时间段，约为RTM的一半；2. 可以与SMC混合成型；3. 当产量达到一定程度时，PCM生产成本比RTM要低。但是也有缺点，就是需要大吨位的压机。

就总体生产成本而言，当产品月产量超过200件时，PCM和RTM比Autoclave要有优势。在大批量生产时，PCM成本要比RTM要有优势。

各方面的优势，造就了PCM工艺作为碳纤维量产产品工艺的可能。此次丰田与三菱丽阳的合作，同样的使用了PCM工艺生产期尾门内板。具体的，是PCM与SMC混合成型的一种工艺。

如果细心的人可以发现，Prius Prime的尾门打开之后，可以清晰地看到起内板上的碳纤维纹路，没错，这就是预浸料成型后的样子。但是，官方放出的剖面图上，背面又没有这种纹路，而是碳纤随机分布的，有点SMC工艺成型件的意思。

三菱丽阳在这里使用的并不是单一的PCM工艺，而是将PCM与SMC进行了结合，叫 Hybrid Molding, 混合成型。因为尾门是非常复杂的产品，单一使用PCM工艺，很多结构无法成型。将PCM与SMC结合，利用SMC材料的高成型能力，预浸料的高机械性能，当然，还有高逼格，最终完成了这个接近完美的轻量化产品。

丰田还将此技术引用到了雷克萨斯LC500 Hybrid车型上用于制造碳纤维行李箱盖。对于该行李箱盖，丰田采用了CF-SMC内板+PCM外板再通过粘胶装配的技术方案，PCM产品外观可进行喷涂，达到汽车A级外观表面。

前些日子有人在知乎上文丰田有哪些黑科技，我想在我的领域，这算是黑科技。一己之力，将碳纤维这种以往豪华车，跑车上才会大量使用的材料，带入到了平民车上。要知道，Prius Prime最高售价不过三万多美元。在碳纤维复合材料大批量应用上，丰田和三菱化学无疑留下了浓墨重彩的一笔。而且这种引领的力量，也已经在行业内开始显现，前几天和国内某碳纤维生产厂家做交流，其已经和日本企业开始了合作，未来会主攻这个方向。期待在不远的将来，我也有机会开发一款类似使用碳纤维材料的产品，我们拭目以待吧。