宝马公司在2008年发布了其新开发的电动汽车家族之后不久，这家汽车制造商再次尝试了一次新的冒险，有望使其在未来电动汽车和混合动力车领域获得飞跃性的突破。
“我们的目标是希望接近铝合金材料的成本，目前我们还没做到。”西格里汽车公司总经理Joerg Pohlman博士解释道。“但是我们预见在未来几年内会有这么一天，在整个车身结构方面可以接近铝合金的成本。”
雄心勃勃的增长计划
2011年开业的位于摩西湖市的西格里公司是宝马公司第一批在整个车身结构方面都采用碳纤维材料的量产车型（i3）成功的关键，而且要采用可持续、可靠且成本效率高的加工工艺。选择这个偏远的地区是因为华盛顿州东部的干燥气候（太高的湿度不利于碳纤维生产），当然也是因为这个州在哥伦比亚河上建立的水电大坝可以提供的充足且相对廉价的“绿色”电能。
对于摩西湖的西格里公司，电力来源为40英里（64公里）外的瓦纳庞大坝。“我们每千瓦小时支付约3美分[约为美国平均电价的三分之一]，在德国的瓦克斯多夫工厂都需要9美分。”Pohlman博士透露。
碳纤维生产需要消耗大量的电能，这也是碳纤维增强复合材料高成本的原因之一，而传统耗时的热压罐式生产工艺也是这家汽车制造商急切想摒弃的。摩西湖市的工厂有两条183m长的生产线，产线上的多重电加热氧化和碳化炉用于将聚丙烯腈聚合物原料的丝束，也称为原丝，转换成键合在一起的碳原子晶体。
晶体在高温、氮封环境下的平行排列使纤维具有优异的强度体积比。几千个直径为7μm的碳纤维被拉伸、清洗、缠绕、干燥、用环氧树脂涂覆并纺成像纱线一样的“长丝丝束”，缠绕在线轴上。材料会用一个“Ｋ”号码标记，即所包含的长丝（股线）数量；例如宝马最多使用的50K长丝丝束就有50,000根长丝。
重9kg（20lb）带有黑色光泽的线轴被运往宝马位于德国的瓦克斯多夫（Wackersdorf）工厂。工厂使用专利无皱褶纺织工艺将长丝丝束转化成碳纤维织物，这正是复合材料结构部件的基础。所用树脂配方也由宝马公司制定。
摩西湖市和瓦克斯多夫的工厂是宝马垂直整合的碳纤维部件生产链上的第二和第三环。生产链最初开始于另一家西格里的合资企业——位于日本大竹的三菱丽阳工厂，它生产摩西湖工厂所用的聚丙烯腈原丝。碳纤维毡在离开瓦克斯多夫工厂后，被送往宝马在德国兰茨胡特（Landshut）的工厂，这家工厂多年来专注于各种预成型、冲压及树脂转移成型的碳纤维部件的生产，包括M3和M5的大型车顶板。宝马公司预期今年将为其M系列车型生产超过100万件的碳纤维部件。
“一旦两条生产线［摩西湖］在2013年中旬准备就绪，我们一年将生产约3000公吨的碳纤维——大约占全球总生产量的8％。根据行业标准，1500吨一条的产线是相当大的。目前我们还有空间可在现在的场地上再增加４条生产线，我们也可以再多购买60英亩土地。”Pohlman博士说道。
汽车研究中心（Center for Automotive Research）总裁兼CEO及制造方面的专家Jay Baron博士认为碳纤维每磅12美元或者更高的市场价格，与大约2.5美元／磅的铝和1美元／磅的普通高强度钢铁相比，“就购买性而言高得离谱”。他承认这种材料有很多优势，但同时仍然对其中短期前景持怀疑态度。
“采用先进的复合材料可以把许多独立组装的金属部件融合在一起。”Baron博士解释说。“你可以在需要的地方增加强度，而在不需要的地方减少材料使用而减轻重量。如果实现了部件的整合，工厂可以小得多。你可以扔掉至少四分之三的点焊机，但却要增加粘合剂技术相关的设备，而这也不是小的投入。”
OEM竞相成为碳纤维先锋
汽车行业对将碳纤维部件制造推向大批量生产的兴趣正不断提高。其他汽车制造商也逐渐加入与宝马竞争的队列中，通过战略合作关系来推动碳纤维技术的发展、降低成本、并提高产量。
日本碳纤维巨头东丽与丰田、富士重工和戴姆勒公司达成合作。而其主要的日本竞争对手帝人株式会社也与通用汽车成立了合资企业。福特和陶氏是碳纤维方面的盟友，奥迪的合作者则是西格里集团的第三大股东福伊特。去年大众汽车也入股西格里。甚至兰博基尼也和Quantum复合材料公司及卡拉威高尔夫公司（Callaway Golf）之间签订了一个三方协议。
通用汽车和普拉森碳复合材料公司（Plasan）也在进行其2014款雪佛兰Corvette C7计划，将每辆车的碳纤维车身部件含量提高到30,000-40,000单位体积的水平，这是一个重大飞跃。而去年丰田公司出人意料地与宝马公司联手，共享车辆轻量化技术信息，目前具体合作的项目依然处于保密状态中。
2013年宝马斥巨资投资于碳纤维批量生产的决定差点因为全球经济衰退而被边缘化。
“那段时期说服董事会投入碳纤维增强结构件是很难的。”Pohlman博士回忆道，他在西格里公司任职前为宝马华盛顿特区办公室的管理人员。“但是他们也承认我们必须采取大胆果断的行动，因为我们进入混合动力和电动汽车技术领域已经算是晚的了。我们此前的心态一直是，‘我们有柴油发动机’。”
所以公司开始寻找复合材料伙伴，能跟上ｉ项目快速发展的步伐。这让宝马最终选择了西格里公司——欧洲最大的碳纤维供应商。
宝马的领先地位
可回收性是ｉ项目的一个重要元素。宝马开发了创新设备来帮助完成碳纤维增强复合材料加工后的回收。
“这一加工过程还生成了一种“抓绒”，它具有原材料30％－40％的工程特性，我们正在想办法加以利用，”Pohlman博士提到。宝马公司去年晚些时候宣布与波音公司合作，波音每年要使用成千上万吨的基于回收技术的碳纤维。
宝马的竞争对手“正等着我们出错，就像波音公司最早的787项目一样。”Pohlman博士认为。但是他相信公司在技术方面领先于竞争对手三年的时间，“（他们需要至少三年）才能走到我们今天的位置，零部件产量才可以达到我们所计划的数量。”
例如，与宝马现在M3车顶使用的碳纤维相比，i系列车型上用到的新材料制造费用只有其三分之一。“这是一个重大进步，”Pohlman博士说。“i3项目的目标是赚钱——而不只是通过3系来补贴。”
