碳纤维：开启汽车轻量化时代的魔匙

    2012年对于汽车产业而言无疑是个好的年景，前五大的汽车制造商的利润增长均超过两位数，的汽车总销量将超过62万辆。与汽车行业产销量爆棚相伴随的，是消费者对汽车产品提出的更高要求和使用标准，而能否让汽车在不影响正常使用功能的前提下让其变得更加轻便，将是未来影响消费者选择的重要因素。碳纤维技术的高速发展，正在让人类更加接近轻量化汽车的愿景。
    汽车轻量化的概念由来已久，是指要在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能多地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗以降低排气污染。根据研究显示，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升，汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。此外，车辆每减重100公斤，二氧化碳的排放量可减少约5克每公里。因此，汽车轻量化对于节约能源、减少废气排放十分重要。在驾驶方面，轻量化以后，汽车的整体加速性将会得到显著提高，操控的灵敏性随之变高，车辆控制的稳定性、噪音、振动等方面也均有改善。
    要实现汽车轻量化，主要手段就是轻质材料的大量应用，如铝、镁、陶瓷、塑料、碳纤维复合材料等，而在所有能够替代如今汽车整备的材料中，碳纤维是被给于厚望的新材料。碳纤维的物理属性决定了碳纤维模量高和轴向强度，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。而且碳纤维的比重不到钢的1/4，抗拉强度却达到钢的7-9倍，以其制造的汽车可以节约燃油30％。但利用碳纤维材料实现汽车轻量化同样面临巨大的问题，不仅是碳纤维本身价格昂贵，而且将碳纤维制造成为产品同样是一笔巨大花费。
    人类的碳纤维技术发展开始于50年代初，早应用在火箭、宇航及航空等尖端科学技术，到今天广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。随着近年来碳纤维行业的逐步发展，已经逐渐向汽车领域扩展。
    碳纤维行业需求快速增长，高端产品长期看好。著名跑车品牌兰博基尼归于德国三大汽车巨头ABB之一的奥迪所有，这家公司已经在同美国的波音航空公司携手开发碳纤维材料，专门用于制造汽车。兰博基尼的著名车型Aventador就是使用了一系列的碳纤维材料制造的元件，并且结合了金属铝制造的车身框架，整个车体的槽座部分都是采用碳纤维材料制成的。
    日本企业则将量产汽车用碳纤维。帝人公司近期宣布将在次量产汽车用碳纤维，期在美国投资约300亿日元，计划到2015年之前将产能扩大四成，美国通用汽车（GM）计划在批量销售的车型上采用碳纤维，而帝人作为通用的主要合作企业，将与其签署协议。帝人拥有新的碳纤维生产技术，预计其成本将大幅降低，其成本将从钢铁的数十倍的缩减至只有钢铁的不到2倍。同样来自日本的东丽正在争取与德国戴姆勒公司进行合作，以加强在欧洲的生产体制。如果再算上三菱丽阳的话，日本3大厂商将占据碳纤维份额的6成。
    我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维，尽管多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩。进入21世纪以来发展较快，我国碳纤维制造开始向技术多元化发展，碳纤维已被列为化纤行业重点扶持的新产品，成为国内新材料行业研发的热点。近些年我国碳纤维需求量增长率成上升态势，预计自2013年起需求增长率将大幅提高。预计到2015年，国内需求量有望突破2万吨。不过，为了满足日益扩大的国内需求，目前我国每年还要大量进口碳纤维，按照2011年国内消费量1万吨、国内产量2000吨计算，进口量约为8000吨，也就是说，目前我国碳纤维进口依赖度约为80%，进口替代空间很大。
    目前，阻碍碳纤维在汽车领域商品化的关键因素是制造成本。不过，随着碳纤维行业的不断成熟与发展，以及节能减排和汽车轻量化大方向的指引，碳纤维材料或成汽车界“瘦身革命”的领导者。可以预见，碳纤维轻量车身必将掀起一股新的变革潮流，一个新的市场突破点正在形成，汽车轻量化时代正在加速来到我们的身边。