原料价格高昂困扰汽车轻量化

　　1月20日，我国辆具有核心技术自主知识产权的碳纤维新能源汽车在江苏盐城奥新工厂正式下线。该车使用全碳纤维材质乘客舱设计，通过覆盖件与内板件粘合形成结构强度功能、优化集成零件模块，整车零部件数量减少至传统汽车零部件的40%，一次能跑440公里，高时速达110公里，每百公里耗能低于10度电。降低电动汽车成本的同时提高电动汽车的动力性和续航里程，真正实现节能减排。
　　汽车轻量化，是指在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车整体质量，从而提高汽车动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。在汽车快速轻量化的背景下，新能源汽车概念迅速崛起。汽车工业协会新公布的数据显示，2014年新能源汽车生产78499辆，销售74763辆，比2013年分别增长3.5倍和3.2倍。
　　碳纤维复材“众望所归”
　　实现轻量化，发展新能源汽车，碳纤维复合材料被寄予厚望。碳纤维复合材料具有足够的强度和刚度，是现有制造汽车车身和底盘等主要结构件的轻材料，因此成为汽车轻量化的理想材料，特别是在电动碳纤维车辆的应用空间更加广阔。
　　中机系(北京)信息技术研究院产业规划所研究员毋剑波指出，减重、节油和环保是汽车产业重要的效益指标，碳纤维复合材料的应用可使汽车车身和底盘质量减轻40%~60%，相当于钢结构的1/3~1/6，因此碳纤维在新能源汽车领域的应用引起了各国政府和相关企业的重视。举例来说，美国每年投入约2亿美元执行汽车车体轻量化的5年发展计划；日本的日产汽车和本田汽车也将与东丽公司联手开发汽车车体用新型碳纤维材料。据测算，到2019年汽车产业的碳纤维需求量有望增至9300吨。
　　北京中材汽车复合材料有限公司总工程师高国强表示，碳纤维复合材料在汽车中应用的前景可期，车用需求将有望显著提升，特别是豪华车和超豪华车辆细分市场。目前，不少代工工厂不仅与一级供应商合作，还与碳纤维制造商合作以便制造可用的零部件。如赢创同江森自控、雅各布塑料以及东邦特纳克斯公司共同研发碳纤维增强塑料轻质材料；荷兰皇家昙卡草坪与日本东丽公司达成了长期供应协议；东丽与戴姆勒达成共同研发协议，为梅赛德斯-奔驰研发碳纤维复合材料部件。
　　大量普及仍“任重道远”
　　对于我国而言，汽车轻量化的意义更加重大。一方面，我国是汽车消费大国，另一方面，我国政府明确承诺，到2020年，实现单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%，这为碳纤维复合材料汽车及其零部件发展提供了巨大的市场。
　　那么，汽车要实现“碳纤维化”，路还有多远？高国强表示，国内新能源汽车，尤其是碳纤维汽车的大量普及，仍有很长一段路要走。
　　高国强认为，碳纤维汽车普及难度大的要问题是成本太高。例如，全碳纤维车身及底盘雷克萨斯汽车售价为280万元币，这几乎是一辆法拉利458和一辆路虎揽胜价格的总和，远远超过普通客户的承受范围。“只有当碳纤维价格下降至70元~100元/千克时，才会具有一定的市场竞争优势。”高国强说。
　　此外，作为一种完全有别于金属的新型材料，碳纤维复合材料汽车零部件的开发涉及结构设计、铺层设计及强度设计等多个方面，离不开大量的计算和经验数据的积累。而整个车体结构开发则涉及原料、中间产业、零件生产商及整车制造多个领域，上下游协调难度更是不可小觑。因此要实现复合材料汽车零部件的规模化生产，还需要制订相应的各种标准规范，包括材料的检验和测试标准以及生产工艺规范等。
　　总体来讲，碳纤维复合材料车身结构是一个非常复杂的系统工程。目前，国外很多整车厂及协作厂已建有完整的复合材料工艺体系和设计体系，相比之下，国内的汽车企业在此方面还处于一个空白。随着复合材料在汽车工业应用的日益增多，建立专业的研发团队和制定相应的材料规范和工艺规范已成为国内汽车整车厂商的当务之急。
　　可喜的是，一些国内企业在轻量化方面已经开始起步。常州神鹰碳塑复合材料有限公司投资3.3亿元，在常州武进经济技术开发区建设年产20万件碳纤维轿车顶棚板、引擎盖、保险杠生产线；长城汽车、奇瑞汽车也与国外企业开展合作，推进轻量材料的应用。此外，宝马i3、i8等系列碳纤维车辆顺利进入国内市场，也为国内碳纤维汽车市场注入一剂活力。
　　应用难，症结在哪？
　　从碳纤维基本原料到终应用于汽车工业，大概需要经过6个过程，即碳纤维产业——中间材料产业——设计开发产业——零部件制造产业——整车设计和制造产业——终用户，不同产业分属不同领域，亦有各自的归口单位，除自身缺陷外，上下游需求不统一问题同样不容忽视。
　　从碳纤维产业到中间材料产业
　　·应用目标未细分，产品定位趋同化
　　·性能以国外产品性能为依据，未考虑具体应用需求
　　·标准级碳纤维快速纺丝和碳化技术尚未突破，综合成本高
　　·高级别碳纤维大批量生产技术有待验证
　　·产能过剩，开工不足
　　·国外产品低价竞争
　　从中间材料商到设计开发产业
　　·大部分树脂体系不能满足快速固化成型的需求
　　·大丝束和大克重比预浸料等低成本材料尚未形成大规模化应用
　　·设计、分析和仿真用材料数据非常少
　　从设计开发到零部件制造商
　　·缺乏设计、分析和仿真所需可靠的材料和工艺数据
　　·不能准确、完整的定义荷载和环境条件要求
　　·汽车复合材料结构损伤模式和实现准则难以确定
　　·汽车复合材料结构试验方法、盘踞和实验准备缺乏
　　·既懂汽车又懂复合材料设计的人才稀缺
　　从零部件制造到整车制造
　　·缺乏碳纤维复合材料零部件快速生产制造关键技术
　　·制造装备落后，尚不能进行自动化大批量生产
　　·复合材料零部件制造商大多未进入汽车行业质量体系(TS16949)
　　·制造工程师和技术工人严重缺乏
　　·生产线建设投资巨大，投资者谨慎，无法打破产能约束瓶颈
　　·传统零部件制造产业仍然具有极大的竞争优势
　　·超强刚和镁铝合金等新型金属材料也在抢占结构轻量化市场
　　从整车设计和制造到终客户
　　·使用碳纤维复合材料为客户带来什么不清晰，应用定位不准
　　·法规和规范不能覆盖或适用碳纤维复合材料的特性
　　·缺乏整车整体开发设计所需的总体数据
　　·缺乏知名的高端品牌
　　·缺乏精通复合材料的工程技术人员
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