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解讀汽車制造領域的“碳纖維材料熱”

發布時間：2017-06-02

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隨著碳纖維的優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，碳纖維作為新興戰略性產業中的一種重要材料，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”，隨著對低碳環保新產品的社會需求越來越多，汽車行業的變革導致了純電動環保車型的爆發式增長，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車身減重25%、到2020年實現車身減重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展方向，而是包括傳統車型在內的一眾汽車企業共同追求的目標。

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下移，有效提升了汽車操縱的穩定性；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；此外，碳纖維還具有更高的震動阻尼，可提高整車疲勞強度。基于現有的碳纖維成型工藝，可使車身開發實現集成化，大大減少了零件的種類，減少裝配難度和工作強度。不僅帶來節省能源、增加續航里程，提升性能的好處，還可以全面提高車輛的舒適性、穩定性、安全性和可靠性，從而會給汽車產業帶來革命性的變化！

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的西方國家將碳纖維視為戰略物資，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，碳纖維的開發才算正式開始，因此，碳纖維產業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已超過40家，規劃產能在7-8萬噸/年。除了民營企業，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”來概括國內該產業的發展現狀。他指出，目前行業內存在技術底蘊不足、盲目跟風上項目等問題，多數產品還不具備市場競爭力，在具體的應用領域缺少專業和系統的研發。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節，資源得不到有效分配與整合，導致整體產業水平上不去。而高水平專業人才的培養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設置。在這種情況下，業內需要思考碳纖維產業的發展之路，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，真正創造效益。

解讀三：碳纖維加工企業必須積極應對市場需求

碳纖維復合材料主要憑借兩個優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)技術的發展應用，能大幅提高零件成型速度，將傳統成型的幾天時間縮短為幾分鐘，具有效率高、成本低、綠色環保等優點。寶馬、奧迪、帝人等公司都已試驗或運用了此項技術。一些技術發展較快的碳纖維加工企業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良莠不齊，大多還處于摸索階段，在生產標準和技術研發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。在行業內起步較早的無錫威盛新材料有限公司的技術總監坦言：“從未來發展趨勢上看，汽車制造行業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上做更深層次的交流合作”。日前，該企業為國內某家汽車主機廠研發的碳纖維低速吸能盒已進入試樣階段，此外該企業研發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，有效發揮了碳纖維制品在結構減重方面的突出優勢。

近日，歐洲汽車輕量化技術聯盟理事、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表了題為《汽車碳時代，復合材料支撐汽車產業革命》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，如果沒有系統化的開發，沒有足夠豐富的生產經驗，沒有積極應對市場需求的研發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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