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解讀汽車制造領域的“碳纖維材料熱”

發(fā)布時間：2017-06-02

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隨著碳纖維的優(yōu)勢特性被越來越多的人所關注和了解，航空、軍備、機器人制造、輕軌交通等多個領域的應用式開發(fā)蜂擁而上，使得國內碳纖維生產線建設異常熱鬧。特別是在汽車制造領域，“碳纖維熱”已呈燎原之勢。但是，碳纖維作為新興戰(zhàn)略性產業(yè)中的一種重要材料，其在汽車制造領域受熱捧的背后還有很多深層含義值得我們去解讀。

解讀一：汽車輕量化的趨勢造成了碳纖維材料的“炙手可熱”

幾年前，寶馬在日本大量銷售的采用尖端材料的EV(純電動汽車)“i3”，其宣傳口號就是“碳纖維電動”。該車使用碳纖維取代了車體材料中過去最常用的鋼鐵。碳纖維以僅有鋼鐵四分之一的重量，實現(xiàn)了足夠的強度和耐久性。對于充電一次駕駛距離嫌短的EV等環(huán)保車，輕量化是最重要的課題。

寶馬碳纖維

寶馬是“先天下之動而動”，隨著對低碳環(huán)保新產品的社會需求越來越多，汽車行業(yè)的變革導致了純電動環(huán)保車型的爆發(fā)式增長，不少地方除了對純電動增加補貼之外，還在牌號限制方面對其大放綠燈，鼓勵發(fā)展。國內相關政策也做出了具體要求：到2017年新能源汽車通過應用新材料實現(xiàn)車身減重25%、到2020年實現(xiàn)車身減重30%的目標。事實上，在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染的輕量化不僅是新能源車的發(fā)展方向，而是包括傳統(tǒng)車型在內的一眾汽車企業(yè)共同追求的目標。

碳纖維復合材料在汽車輕量化中的作用非常明顯，實驗證明，車重每減小10%，油耗可降低6-8%，排放量可降低5-6%，0-100km/h加速性可提升 8-10%，制動距離縮短2-7m；車身輕量化后整車重心可實現(xiàn)下移，有效提升了汽車操縱的穩(wěn)定性；碳纖維還具有極佳的能量吸收率，碰撞吸能能力是鋼的 6-7倍、鋁的3-4倍，使車輛在運行更加安全、平穩(wěn)；此外，碳纖維還具有更高的震動阻尼，可提高整車疲勞強度。基于現(xiàn)有的碳纖維成型工藝，可使車身開發(fā) 實現(xiàn)集成化，大大減少了零件的種類，減少裝配難度和工作強度。不僅帶來節(jié)省能源、增加續(xù)航里程，提升性能的好處，還可以全面提高車輛的舒適性、穩(wěn)定性、安全性和可靠性，從而會給汽車產業(yè)帶來革命性的變化！

寶馬汽車

解讀二：起步過晚的技術已成為碳纖維應用的最大障礙

中國的碳纖維產業(yè)技術起步晚的原因既有政治因素又有經濟因素，幾十年前就開始碳纖維研發(fā)的西方國家將碳纖維視為戰(zhàn)略物資，曾對中國禁售、禁運，根本不可能轉讓技術。上世紀80年代中國就曾從英國RK公司引進大絲束預氧化爐和炭化爐，結果兩套設備均未能正常運轉。就在近幾年，碳纖維的開發(fā)才算正式開始，因此，碳纖維產業(yè)的技術基礎還很薄弱，產能也難以轉化為產量。目前中國碳纖維生產企業(yè)已超過40家，規(guī)劃產能在7-8萬噸/年。除了民營企業(yè)，中國石油、中國石化、中國化工、中國鋼鐵、中國建材、首鋼國際等大型國企都已介入。但是在設備技術和生產規(guī)模方面的巨大差距使國內同等質量的產品價格遠高于國外。例如，日本東麗T700級碳纖維的成本與國內T300級的成本相當，成本差異如此之大，導致中國碳纖維產品缺乏市場競爭力。隨著高性能纖維及復合材料市場的中心進一步向亞洲轉移，中國高性能碳纖維復合材料產業(yè)前景令人期盼。

但投資火熱的同時也有盲目跟風因素的存在，國內碳纖維領域著名專家——北京化工大學材料科學與工程學院副院長徐樑華教授用“成績喜人但隱患猶存”來概括國內該產業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。他指出，目前行業(yè)內存在技術底蘊不足、盲目跟風上項目等問題，多數(shù)產品還不具備市場競爭力，在具體的應用領域缺少專業(yè)和系統(tǒng)的研發(fā)。從國家整體水平看，雖然已經掌握了許多關鍵技術，但由于分散在各個環(huán)節(jié)，資源得不到有效分配與整合，導致整體產業(yè)水平上不去。而高水平專業(yè)人才的培養(yǎng)問題同樣應該引起重視，目前高等院校里幾乎沒有相應的專業(yè)設置。在這種情況下，業(yè)內需要思考碳纖維產業(yè)的發(fā)展之路，并通過探討高性能化和低成本化解決技術難題，擴大市場應用，真正創(chuàng)造效益。

解讀三：碳纖維加工企業(yè)必須積極應對市場需求

碳纖維復合材料主要憑借兩個優(yōu)勢進攻汽車制造領域，一是模塊化生產，碳纖維復合材料具有良好的可塑性，可加工成各種零部件，也可以制成一體式的整體結構。對多個部件的一次性加工成型，不僅縮短了加工時間、降低了成本，并且能保證更高的精度。二是生產工藝-樹脂轉移模塑成型(RTM)技術的發(fā)展應用，能大幅提高零件成型速度，將傳統(tǒng)成型的幾天時間縮短為幾分鐘，具有效率高、成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點。寶馬、奧迪、帝人等公司都已試驗或運用了此項技術。一些技術發(fā)展較快的碳纖維加工企業(yè)還能采用更新的成型技術使碳纖維產品達到A級表面的要求，拓展碳纖維復合材料的使用范圍。

但是目前國內的碳纖維加工企業(yè)良莠不齊，大多還處于摸索階段，在生產標準和技術研發(fā)水平上很難達到客戶的理想水平，這在很大程度上局限了碳纖維產品在汽車制造領域的廣泛應用。在行業(yè)內起步較早的無錫威盛新材料有限公司的技術總監(jiān)坦言：“從未來發(fā)展趨勢上看，汽車制造行業(yè)對碳纖維零部件有很大需求，但是碳纖維產品的制造方必須要結合這些行業(yè)的實際需求，提升自身的生產能力，將碳纖維技術真正融入到該領域中去，這就需要雙方在產品研發(fā)上做更深層次的交流合作”。日前，該企業(yè)為國內某家汽車主機廠研發(fā)的碳纖維低速吸能盒已進入試樣階段，此外該企業(yè)研發(fā)的阻燃增韌碳纖維材料，填補了國內此項目的技術空白，在軌道車輛的車身及車廂設施方面應用非常廣泛，有效發(fā)揮了碳纖維制品在結構減重方面的突出優(yōu)勢。

近日，歐洲汽車輕量化技術聯(lián)盟理事、意大利APS公司合伙人、碳略新材科技 CEO宋廷瑞博士在2016第二屆碳纖維及其復合材料技術與應用研討會發(fā)表了題為《汽車碳時代，復合材料支撐汽車產業(yè)革命》的演說，再一次論證了碳纖維及其復合材料對汽車產業(yè)的歷史意義。但是在這股“碳纖維熱”的背后，我們必須清醒地認識到，如果沒有系統(tǒng)化的開發(fā)，沒有足夠豐富的生產經驗，沒有積極應對市場需求的研發(fā)隊伍是很難在短時間內將這種“熱”傳導到汽車制造領域，為汽車行業(yè)帶來有影響性的革新力量，這也需要碳纖維生產方和客戶方需要深入考慮的問題。（文章來源：中國建材網）

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