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新能源汽車景氣度有望持續(xù)提升
今年5月14日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 更好支持新能源汽車下鄉(xiāng)和鄉(xiāng)村振興的實(shí)施意見》，提出創(chuàng)新農(nóng)村地區(qū)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)模式，支持農(nóng)村地區(qū)購(gòu)買使用新能源汽車，推進(jìn)了以城市為消費(fèi)主體的新能源汽車市場(chǎng)進(jìn)一步向鄉(xiāng)村市場(chǎng)延伸。今年6月19日，財(cái)政部、稅務(wù)總局、工業(yè)和信息化部公告延續(xù)和優(yōu)化新能源汽車車輛購(gòu)置稅減免政策。利好政策的不斷頒布與推進(jìn)，新能源汽車行業(yè)景氣度有望持續(xù)提升。中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，今年1—5月，新能源汽車銷量達(dá)到294萬輛，同比增長(zhǎng)46.8%，新能源車銷量保持持續(xù)快速增長(zhǎng)。乘用車市場(chǎng)信息聯(lián)席會(huì)綜合預(yù)估，2023年全國(guó)新能源乘用車銷量將達(dá)到850萬輛，年度新能源車滲透率有望達(dá)到36%。新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)向好的同時(shí)，“里程焦慮”問題依然存在，產(chǎn)業(yè)還需掃清續(xù)航里程較短的發(fā)展障礙。
“里程焦慮”掀起新能源汽車“瘦身革命”
根據(jù)德勤咨詢管理有限公司對(duì)全球消費(fèi)者關(guān)于新能源汽車的一份調(diào)查報(bào)告顯示，在不愿意購(gòu)買純電動(dòng)車的人群中，中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)都有超過20%的受訪者認(rèn)為“續(xù)航里程焦慮”是最大因素。相關(guān)研究表明，整車重量每降低10kg，續(xù)航里程可增加約2.5km，新能源車動(dòng)力系統(tǒng)通常占整車總質(zhì)量的30%～40%，導(dǎo)致純電車比傳統(tǒng)燃油車更重，因此減輕整車質(zhì)量對(duì)新能源汽車尤為重要，必須采取比傳統(tǒng)意義上的輕量化技術(shù)更先進(jìn)的方法和措施。材料、結(jié)構(gòu)、工藝輕量化是新能源汽車減重三大著力點(diǎn)，輕量化材料的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化最基礎(chǔ)也是最核心的手段，因此新能源車需選取重量更輕、性能更好的輕量化材料。
為什么說碳纖維是輕量化“王者之材”
目前，用于減輕新能源汽車自身質(zhì)量的新型材料主要包括高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金、玻璃纖維復(fù)合材料及碳纖維復(fù)合材料。
相較于其他減重材料，碳纖維材料密度更低、強(qiáng)度更高、模量更高、耐腐蝕性更好。碳纖維密度只有1.6g/cm³左右，不到高強(qiáng)度鋼密度的一半。碳元素化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無需進(jìn)行表面防腐處理，耐老化性能極好。碳纖維抗拉強(qiáng)度是鋁合金的兩倍以上，碳纖維材料制作的駕駛艙在碰撞中變形極小，可以實(shí)現(xiàn)在減重的同時(shí)極大提升汽車碰撞時(shí)的安全性能。有研究表明，碳纖維材料的應(yīng)用可使汽車減重30%～60%，續(xù)駛里程提高25%以上。
在新能源車上的輕量化應(yīng)用
據(jù)中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》預(yù)測(cè)，2026—2030 年，我國(guó)將實(shí)現(xiàn)整車減重35%，實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料混合車身及碳纖維零部件的大范圍應(yīng)用。目前碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于車身、汽車剎車、輪轂、傳動(dòng)系統(tǒng)、汽車內(nèi)飾及電池箱體等。
目前國(guó)內(nèi)新能源汽車用碳纖維復(fù)合材料仍處于發(fā)展初級(jí)階段，未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)用，主要在于原材料成本和零部件制作工藝尚未實(shí)現(xiàn)有效突破。
生產(chǎn)成本方面，由于碳纖維合成工藝復(fù)雜，包括聚合物合成、高溫炭化和高壓復(fù)合等多個(gè)步驟，每個(gè)步驟都需要較高的技術(shù)精密度，而目前國(guó)內(nèi)還沒有成熟的制造工藝及設(shè)備，導(dǎo)致其成本高昂，是鋼材或鋁材成本的數(shù)倍。出于成本考量，車企在一般車型中幾乎不考慮使用碳纖維復(fù)合材料。
零件制作方面，目前國(guó)內(nèi)缺乏大批量、高生產(chǎn)效率的碳纖維汽車零部件的生產(chǎn)工藝與方法，尚未形成碳纖維零部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)庫(kù)，缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)方法、分析工具、碰撞模型等，導(dǎo)致難以大批量生產(chǎn)碳纖維材料汽車零部件，限制了其在新能源汽車中的運(yùn)用。
如何進(jìn)一步突破
要實(shí)現(xiàn)碳纖維材料在新能源汽車領(lǐng)域的大規(guī)模運(yùn)用，首先要解決的就是原材料成本高的問題，可從原料替代和工藝改善兩個(gè)方面實(shí)施突破。
原料方面，由于傳統(tǒng)碳纖維前驅(qū)體——PAN原絲生產(chǎn)成本約占碳纖維成本一半，因此業(yè)內(nèi)主流考慮以木質(zhì)素作為碳纖維前驅(qū)體的原材料或采用紡織品級(jí)PAN纖維作為碳纖維前驅(qū)體原料，以實(shí)現(xiàn)有效降本。工藝方面，當(dāng)前碳纖維主流制備工藝包括濕法紡絲和干噴濕紡兩種，干噴濕紡可以進(jìn)行高倍的噴絲頭拉伸，紡絲速度高，可有效降低生產(chǎn)成本。
此外，碳纖維制造商、碳纖維復(fù)合材料供應(yīng)商、新能源車零部件廠商與新能源整車制造商之間應(yīng)相互協(xié)作，建立碳纖維復(fù)合材料在新能源車上應(yīng)用的系統(tǒng)解決方案，共同開發(fā)碳纖維汽車零部件，確立碳纖維零部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，共同推進(jìn)碳纖維材料汽車零部件制作工藝與方法的突破。
（作者單位：北京中關(guān)村科技產(chǎn)業(yè)研究院有限公司）
本文原載于《中國(guó)建材報(bào)》7月10日1版《碳纖維：新能源汽車瘦身的“王者之材”》