数十年的经验和传统理论表明，用于结构增强的纤维尺寸越长，所得到的复合材料的力学性能就越高。虽然纳米复合材料添加剂的引入在一定程度上挑战了这一说法，但是一系列设计用于注塑成型的超短（非纳米级）碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）已被证明始终优于短纤维和长纤维热塑性材料。尤其是在复杂的几何形状中，因为在这些结构中很难实现良好的纤维渗透。
事实上， 这种由三菱化学公司生产、命名为KyronMax™的超短碳纤维增强热塑性塑料不仅性能优于传统热塑性复合材料，而且性能也优于金属 。这种材料在高性能领域实现应用的一个很好的例子是一系列车顶接收器（结构固定装置/支架），用于固定2021款吉普牧马人运动型多功能车（SUV）和Stellantis的Gladiator皮卡上的可拆卸软顶或硬顶。
碳纤维增强热塑性复合材料的大批量结构在汽车的首次亮相是用于一系列的车顶接收器(支架)
01、KyronMax碳纤维热塑性复合材料
KyronMax™材料最初是为航空航天应用而开发的，后来扩展到高性能体育用品领域，其高温热塑性基体是一个优势，可以在复杂的几何形状中实现高纤维渗透的能力。它对于满足低重量的苛刻力学要求至关重要，毫无疑问，这些材料在汽车领域越来越受欢迎，因为注塑成型工艺非常适合满足该行业的高产量、高可重复性和再现性要求以及极具竞争力的成本目标。
三菱公司™型碳纤维热塑性复合材料以碳纤维为增强材料，热塑性树脂如PEEK、PEI、PPS等为基体，通过采用注塑成型工艺加工而成，可以赋予结构件高强度和高刚度特性 。
™碳纤维复合材料是一种采用注塑成型加工的热塑性复合材料，目前已经开发用于替代金属和长纤维增强复合材料。它可以提供与压铸钢相当的机械性能，质量降低79%，成本降低38%。此外还符合钢材美学要求，具有向后兼容性（服务/售后更换），同时在耐候性、模制的彩色配方中可改善划痕和损坏，消除了磨砂和粉末涂层。
它采用了特殊碳纤维技术、下一代注塑成型和基于有限元分析模拟的组合，可实现在之前专门用于叠层复合材料的区域进行金属替换。该产品的主要性能指标如下表所示：
除™碳纤维复合材料以外，三菱公司还开发了一款命名为™碳纤维热塑性复合材料产品，该产品主要采用模压成型工艺加工而成，适用于性能*高的应用和尺寸较大的零件，关于该产品更多信息可以延伸阅读《全面了解日本三菱碳纤维及其复合材料——碳纤维热塑性复合材料》 。
02、KyronMax复合材料应用实例
2.1 项目的提出
KyronMAX™碳纤维复合材料车顶接收器的开发始于一次会议，会上讨论了三菱化学公司的哪些材料可能对当时的菲亚特克莱斯勒汽车公司（FCA，现为Stellantis）创新有用。
经过对™产品线的讨论，并审查了具有不同基体和纤维重量分数（FWF）的几种产品数据表后，FCA公司的多个应用工程团队在不同的车辆上进行了展示和讨论，FCA的创新小组决定进一步探索这些材料，并开始寻找可以评估化合物能力的应用。
吉普Jeep车顶接收器最初由熔模铸钢生产，被认为是一个不错的选择，因为这些部件是结构部件，尺寸适中，但几何形状复杂，这对实现良好的纤维渗透性很重要。此外， 考虑到它们位于车顶顶部，如果能够实现显著的重量减轻，那么将有助于降低车辆的重心，并将改善用于在崎岖地形下越野的车辆的操控性和稳定性 。另一个考虑因素是，钢制接收器是由一家离岸供应商生产的。
2.2 复合材料结构件的设计与加工
在结构件设计时，正如最初为2018-2021Jeep牧马人和角斗士车型设计的那样，有 三种类型的钢制接收器，尺寸大致相同，但几何形状不同 ，每种接收器都有左侧和右侧版本：有两个外板和两个内板，都安装在前车顶交叉构件上，对于Jeep Freedom Panel硬顶，用板材成型复合材料(SMC)成型，两个额外的后接收器安装在后车顶交叉构件上。
带有软顶的车辆仅使用前外置接收器，而SMC Panel硬顶则使用所有六个接收器。钢制零件进行了粉末涂层，具有耐腐蚀、防紫外线和美观性。在使用中，支架永久安装在车辆上，面板可以通过启动释放手柄来拆卸，并且可以在重新接合手柄后重新安装。
Jeep工程团队确定了每种类型的接收器在使用中的一系列关键载荷：外侧的X、Y和Z载荷，内侧和后部的Z载荷，以及内侧和外侧的非对称载荷。为了通过CPN（克莱斯勒零件号）的全电池验证测试， 碳纤维热塑性复合材料接收器需要通过与钢制接收器相同的测试， 包括在湿/热和干/冷操作条件下的加速风化，评估噪音/振动/粗糙度（NVH）的振动台测试，颜色匹配，接收器必须表现出优异的尺寸稳定性/零弯曲蠕变，以确保良好的屋面板密封。此外，不允许更改包装或装配线； 复合材料接收器必须在相同的封装空间中提供类似钢的性能，并且以相同的方式组装到车辆上 。
另一个要求是复合接收器需要在视觉上与基准钢组件相匹配，以确保它们向后兼容服务/售后更换。因此，候选材料需要满足苛刻的机械要求，重量轻，提供a级耐候性表面，并满足OEM的成本目标。
另一项要求是， 复合材料接收器需要在视觉上与基准钢构件相匹配，以确保它们在维修/售后更换时向后兼容 。因此， 候选材料需要通过苛刻的机械要求，重量轻，提供A级耐候表面，并满足OEM的成本目标 。
由Jeep、三菱化学和工具制造商Maple Mold 组成的合作团队开始研究碳纤维复合材料接收器的潜在设计。从针对各种接收器的五套初始设计中，选择两套进行了原型设计和测试，包括Maple Mold生产的四套原型工具。外侧原型工具使多种设计能够被注入测试。比较保守的两种舷外设计在复合材料中有金属**，而另一种没有。接收器设计进行了轻微修改，以提供防卡箍/防错功能，因此在装配线上不会出现左侧和右侧的装配错误。
对于每个基体，评估了许多FWF和纤维类型和长度选项，包括USCF、短玻璃、长玻璃和长碳纤维。在两套设计中，几种不同的聚合物/纤维选择从虚拟原型发展到物理原型。最后两种复合材料/设计组合在启动前四个月进入车辆验证测试阶段。
在材料选择中，对实验设计进行了重要的考虑。 最初共评估了26种金属和复合材料选项，其中超过15种是高温聚酰胺（PA）材料 ，其他则是聚邻苯二甲酰胺（PPA）或PA9T。这两个系列都具有高耐热性、耐化学品性、防潮性和耐磨性，同时具有优异的尺寸稳定性和成型性。
对于每种基体，评估了不同 纤维重量体积分数、纤维类型和长度等参数 ，包括USCF、短玻璃纤维、长玻璃纤维和长碳纤维。在这两组设计中， 几种不同的聚合物/纤维选项从虚拟原型发展到了物理原型，最后两种复合材料/设计组合在启动前四个月进入车辆验证测试 。
经过评估显示：综合物理测试性能较好的复合材料配方是KyronMax S-4330，这是专门为该应用开发的新等级产品。该化合物为30%USCF/PPA。有趣的是，全 复合材料车顶接收器的机械性能实际上优于采用金属嵌套的版本 。此外，30%的USCF/PPA在关键指标上也优于50%的短玻璃纤维和40%的长碳纤维PPA。与短纤维或长纤维热塑性塑料相比，KyronMax化合物据说像纯树脂一样成型，并提供各向同性性能（像金属一样）。
尽管注射成型工艺很严格，但据说纤维长度得到了保留，不会进一步减少。生产工具上带有直接阀门浇口的热流道可最大限度地减少浇口痕迹。此外，USCF化合物以较低的残余/内应力离开模具，从而提供更好的编织线/焊接线强度，减少翘曲，从而获得更高的尺寸精度和更好的美观性。
最终，注 射成型复合材料提供了性能与金属相当的零件，但质量降低了79%（六接收器/硬顶版本），成本也下降了38%，同时满足或超过了对负载偏转、扭矩和白车身扭矩保持的所有性能要求 ，确保了封闭密封的完整性。此外，通过耐候性的彩色模具(MIC)配方，可以改善划痕和划痕，该配方与基准钢材美学相匹配，并在客户可见的表面上进行了选择性纹理处理。取消了抛光和粉末涂层等精加工步骤。
从离岸生产的金属零件转向陆上生产的复合材料零件缩短了供应链，降低了长距离运输相对较重零件的能源需求。因此，与基准钢部件相比，复合材料接收器的制造和使用碳足迹更低，有助于支持可持续发展目标。该应用被认为是靠前个大批量结构CFRTP MIC和耐候性车身应用。
