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解讀汽車制造領(lǐng)域的“碳纖維材料熱”

發(fā)布時(shí)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(guān)注和了解，航空、軍備、機(jī)器人制造、輕軌交通等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用式開發(fā)蜂擁而上，使得國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)線建設(shè)異常熱鬧。特別是在汽車制造領(lǐng)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(chǎn)業(yè)中的一種重要材料，其在汽車制造領(lǐng)域受熱捧的背后還有很多深層含義值得我們?nèi)ソ庾x。

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(dòng)汽車)“i3”，其宣傳口號就是“碳纖維電動(dòng)”。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(shí)現(xiàn)了足夠的強(qiáng)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(dòng)而動(dòng)”，隨著對低碳環(huán)保新產(chǎn)品的社會需求越來越多，汽車行業(yè)的變革導(dǎo)致了純電動(dòng)環(huán)保車型的爆發(fā)式增長，不少地方除了對純電動(dòng)增加補(bǔ)貼之外，還在牌號限制方面對其大放綠燈，鼓勵(lì)發(fā)展。國內(nèi)相關(guān)政策也做出了具體要求：到2017年新能源汽車通過應(yīng)用新材料實(shí)現(xiàn)車身減重25%、到2020年實(shí)現(xiàn)車身減重30%的目標(biāo)。事實(shí)上，在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)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(nèi)的一眾汽車企業(yè)共同追求的目標(biāo)。

碳纖維復(fù)合材料在汽車輕量化中的作用非常明顯，實(shí)驗(yàn)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(dòng)距離縮短2-7m；車身輕量化后整車重心可實(shí)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(yùn)行更加安全、平穩(wěn)；此外，碳纖維還具有更高的震動(dòng)阻尼，可提高整車疲勞強(qiáng)度。基于現(xiàn)有的碳纖維成型工藝，可使車身開發(fā) 實(shí)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(qiáng)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(chǎn)業(yè)帶來革命性的變化！

寶馬汽車

解讀二：起步過晚的技術(shù)已成為碳纖維應(yīng)用的最大障礙

中國的碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)起步晚的原因既有政治因素又有經(jīng)濟(jì)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(yùn)，根本不可能轉(zhuǎn) 讓技術(shù)。上世紀(jì)80年代中國就曾從英國RK公司引進(jìn)大絲束預(yù)氧化爐和炭化爐，結(jié)果兩套設(shè)備均未能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。就在近幾年，碳纖維的開發(fā)才算正式開始，因此，碳纖維產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)還很薄弱，產(chǎn)能也難以轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量。目前中國碳纖維生產(chǎn)企業(yè)已超過40家，規(guī)劃產(chǎn)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(shè)備技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模方面的巨大差距使國內(nèi)同等質(zhì)量的產(chǎn)品價(jià)格遠(yuǎn)高于國外。例如，日本東麗T700級碳纖維的成本與國內(nèi)T300級的成本相當(dāng)，成本差異如此之大，導(dǎo)致中國碳纖維產(chǎn)品缺乏市場競爭力。隨著高性能纖維及復(fù)合材料市場的中心進(jìn)一步向亞洲轉(zhuǎn)移，中國高性能碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)前景令人期盼。

但投資火熱的同時(shí)也有盲目跟風(fēng)因素的存在，國內(nèi)碳纖維領(lǐng)域著名專家——北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長徐樑華教授用“成績喜人但隱患猶存”來概括國內(nèi)該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。他指出，目前行業(yè)內(nèi)存在技術(shù)底蘊(yùn)不足、盲目跟風(fēng)上項(xiàng)目等問題，多數(shù)產(chǎn)品還不具備市場競爭力，在具體的應(yīng)用領(lǐng)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(jīng)掌握了許多關(guān)鍵技術(shù)，但由于分散在各個(gè)環(huán)節(jié)，資源得不到有效分配與整合，導(dǎo)致整體產(chǎn)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(yīng)該引起重視，目前高等院校里幾乎沒有相應(yīng)的專業(yè)設(shè)置。在這種情況下，業(yè)內(nèi)需要思考碳纖維產(chǎn)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(shù)難題，擴(kuò)大市場應(yīng)用，真正創(chuàng)造效益。

解讀三：碳纖維加工企業(yè)必須積極應(yīng)對市場需求

碳纖維復(fù)合材料主要憑借兩個(gè)優(yōu)勢進(jìn)攻汽車制造領(lǐng)域，一是模塊化生產(chǎn)，碳纖維復(fù)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(jié)構(gòu)。對多個(gè)部件的一次性加工成型，不僅縮短了加工時(shí)間、降低了成本，并且能保證更高的精度。二是生產(chǎn)工藝-樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型(RTM)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，能大幅提高零件成型速度，將傳統(tǒng)成型的幾天時(shí)間縮短為幾分鐘，具有效率高、成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。寶馬、奧迪、帝人等公司都已試驗(yàn)或運(yùn)用了此項(xiàng)技術(shù)。一些技術(shù)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(shù)使碳纖維產(chǎn)品達(dá)到A級表面的要求，拓展碳纖維復(fù)合材料的使用范圍。

但是目前國內(nèi)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(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研發(fā)水平上很難達(dá)到客戶的理想水平，這在很大程度上局限了碳纖維產(chǎn)品在汽車制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。在行業(yè)內(nèi)起步較早的無錫威盛新材料有限公司的技術(shù)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(chǎn)品的制造方必須要結(jié)合這些行業(yè)的實(shí)際需求，提升自身的生產(chǎn)能力，將碳纖維技術(shù)真正融入到該領(lǐng)域中去，這就需要雙方在產(chǎn)品研發(fā)上做更深層次的交流合作”。日前，該企業(yè)為國內(nèi)某家汽車主機(jī)廠研發(fā)的碳纖維低速吸能盒已進(jìn)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(bǔ)了國內(nèi)此項(xiàng)目的技術(shù)空白，在軌道車輛的車身及車廂設(shè)施方面應(yīng)用非常廣泛，有效發(fā)揮了碳纖維制品在結(jié)構(gòu)減重方面的突出優(yōu)勢。

近日，歐洲汽車輕量化技術(shù)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(fù)合材料技術(shù)與應(yīng)用研討會發(fā)表了題為《汽車碳時(shí)代，復(fù)合材料支撐汽車產(chǎn)業(yè)革命》的演說，再一次論證了碳纖維及其復(fù)合材料對汽車產(chǎn)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(rèn)識到，如果沒有系統(tǒng)化的開發(fā)，沒有足夠豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，沒有積極應(yīng)對市場需求的研發(fā)隊(duì)伍是很難在短時(shí)間內(nèi)將這種“熱”傳導(dǎo)到汽車制造領(lǐng)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(chǎn)方和客戶方需要深入考慮的問題。（文章來源：中國建材網(wǎng)）

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