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“汽車輕量化碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)，將在很大程度上改變現(xiàn)有汽車生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)組織模式，為汽車產(chǎn)業(yè)帶來一場革命。”
4月29日，工程院舉行“高性能纖維與汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目成果發(fā)布會。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、工程院院士蔣士成的一句開場白，引發(fā)與會者熱議。
汽車輕量化的潛力材料
碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度達(dá)到鋼的水平，比重是鋼的五分之一。因此，碳纖維被認(rèn)為是汽車輕量化有潛力的材料。
不過，蔣士成坦言，我國碳纖維應(yīng)用技術(shù)長期沒有突破，材料成本和制造成本高，無法量產(chǎn)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，碳纖維產(chǎn)能12.8萬噸，其中我國碳纖維產(chǎn)能1.5萬噸，產(chǎn)量4000噸；我國碳纖維企業(yè)30多家，開工率只有20%。
東華大學(xué)教授余木火在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)：企業(yè)普遍規(guī)模小、抗風(fēng)險(xiǎn)能力弱，加上受國外企業(yè)的降價(jià)打壓，大部分企業(yè)虧損，從而影響品質(zhì)穩(wěn)定和運(yùn)行成本。
余木火同時(shí)指出，我國在跨越式超高性能纖維研發(fā)方面投入少。“幾乎都在追趕國外上世紀(jì)70年代到90年代的產(chǎn)品，我國何時(shí)可以超越國外？”
縱觀國際，高性能碳纖維發(fā)展迅速，大量其他學(xué)科比如納米技術(shù)、化學(xué)合成、凝聚態(tài)物理等的發(fā)展成果已應(yīng)用于高性能纖維制造。
“高性能纖維產(chǎn)業(yè)，特別是碳纖維高品質(zhì)、低成本、規(guī)模化，是我們支持的重點(diǎn)方向，這些年支持了一些項(xiàng)目，但還沒有找到突破點(diǎn)。”工信部消費(fèi)品工業(yè)司副司長曹學(xué)軍希望，在“十三五”期間，高性能纖維能夠從性能提升和應(yīng)用拓展方面取得實(shí)質(zhì)性突破。
曹學(xué)軍認(rèn)為，汽車輕量化這樣有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域，對高性能纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和新能源汽車的發(fā)展，是雙贏的切入點(diǎn)。
驅(qū)動(dòng)汽車行業(yè)革新
汽車行業(yè)普遍認(rèn)為，未來汽車技術(shù)創(chuàng)新將在“互聯(lián)網(wǎng)+”、智能化、電動(dòng)化、輕量化的基礎(chǔ)上創(chuàng)造更多可能，這四大趨勢將驅(qū)動(dòng)行業(yè)的革新發(fā)展。
“輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車降低油耗和提高新能源汽車?yán)m(xù)航里程有效的技術(shù)途徑之一。”余木火說。
長三角新能源汽車研究院院長史踐進(jìn)一步解釋說，化學(xué)電池與液體燃油的比能量差距巨大，電動(dòng)汽車因電池增重高達(dá)30%~40%，續(xù)航能力隨之下降，因此輕量化是電動(dòng)汽車要解決的問題，而復(fù)合材料減重可平衡電池增加的重量。
經(jīng)過8年研發(fā)，全碳纖維車身的BMWi3、BMWi8電動(dòng)車在去年成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，價(jià)格3.4萬歐元，與金屬汽車相當(dāng)，證明了技術(shù)和工程經(jīng)濟(jì)的可行性。
“如果說福特創(chuàng)建流水線生產(chǎn)是汽車行業(yè)的次革命，那么碳纖維加新能源可能是第二次汽車革命。”余木火說，“若品牌汽車沒有提早布局，有可能被第二次‘甩飛’。”
實(shí)際上，我國的乘用車平均比歐洲汽車重5%~10%，而商用車更是重17%，輕量化需求更加迫切。
“汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢和質(zhì)量的要求，是引導(dǎo)高性能纖維等其他輕量化材料應(yīng)用的根本出發(fā)點(diǎn)。”發(fā)改委產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)司機(jī)械裝備處處長吳衛(wèi)表示，汽車企業(yè)大多在底盤設(shè)計(jì)、整車結(jié)構(gòu)等方面有一些研究，但是對新材料的研究還是偏薄弱，因此應(yīng)加大在材料應(yīng)用方面的研發(fā)。
破局產(chǎn)業(yè)鏈分離現(xiàn)狀
近年來，幾乎所有汽車企業(yè)均有碳纖維車研發(fā)項(xiàng)目。與此同時(shí)，國際上汽車巨頭紛紛與碳纖維企業(yè)建立聯(lián)盟合作，幾乎每家國外著名汽車廠商都和碳纖維巨頭強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手。
然而，余木火告訴記者，我們國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈上下游缺少溝通與合作。他直言，由于缺乏上下游合作機(jī)制，搞碳纖維的不懂車，懂汽車的不了解材料。此外，由于我國教育系統(tǒng)學(xué)科設(shè)置與院系設(shè)置的缺陷，造成機(jī)械學(xué)科與材料學(xué)科分離，缺乏學(xué)科交叉人才隊(duì)伍。
為此，工程院于2015年設(shè)立了“高性能纖維與汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略研究”咨詢項(xiàng)目，由環(huán)境與輕紡工程學(xué)部蔣士成、孫晉良、俞建勇院士牽頭，10余位紡織、汽車、復(fù)合材料、輕工機(jī)械等領(lǐng)域的院士和近90位專家參與研究。
通過調(diào)研，項(xiàng)目組建立了“高性能纖維與輕量化產(chǎn)業(yè)鏈知識服務(wù)平臺”，并提出到2020年建立高性能纖維與汽車輕量化設(shè)計(jì)制造技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)鏈體系，形成從原材料到碳纖維汽車及其零部件的標(biāo)準(zhǔn)及檢測體系。
“汽車企業(yè)與碳纖維企業(yè)應(yīng)緊密合作，掌握碳纖維技術(shù)的汽車企業(yè)將是未來汽車業(yè)的龍頭。”蔣士成建議，到2025年，碳纖維技術(shù)應(yīng)逐步推廣應(yīng)用到整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)，爭取使用碳纖維2萬至3萬噸，降低原材料成本50%，零部件制造成本從現(xiàn)在的70%~80%降到50%。
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