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碳纖維：開啟汽車輕量化時代的魔匙

    2012年對于汽車產(chǎn)業(yè)而言無疑是個好的年景，前五大的汽車制造商的利潤增長均超過兩位數(shù)，的汽車總銷量將超過62萬輛。與汽車行業(yè)產(chǎn)銷量爆棚相伴隨的，是消費者對汽車產(chǎn)品提出的更高要求和使用標(biāo)準(zhǔn)，而能否讓汽車在不影響正常使用功能的前提下讓其變得更加輕便，將是未來影響消費者選擇的重要因素。碳纖維技術(shù)的高速發(fā)展，正在讓人類更加接近輕量化汽車的愿景。
    汽車輕量化的概念由來已久，是指要在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能多地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗以降低排氣污染。根據(jù)研究顯示，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽車整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升，汽車重量降低1%，油耗可降低0.7%。此外，車輛每減重100公斤，二氧化碳的排放量可減少約5克每公里。因此，汽車輕量化對于節(jié)約能源、減少廢氣排放十分重要。在駕駛方面，輕量化以后，汽車的整體加速性將會得到顯著提高，操控的靈敏性隨之變高，車輛控制的穩(wěn)定性、噪音、振動等方面也均有改善。
    要實現(xiàn)汽車輕量化，主要手段就是輕質(zhì)材料的大量應(yīng)用，如鋁、鎂、陶瓷、塑料、碳纖維復(fù)合材料等，而在所有能夠替代如今汽車整備的材料中，碳纖維是被給于厚望的新材料。碳纖維的物理屬性決定了碳纖維模量高和軸向強度，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好。而且碳纖維的比重不到鋼的1/4，抗拉強度卻達(dá)到鋼的7-9倍，以其制造的汽車可以節(jié)約燃油30％。但利用碳纖維材料實現(xiàn)汽車輕量化同樣面臨巨大的問題，不僅是碳纖維本身價格昂貴，而且將碳纖維制造成為產(chǎn)品同樣是一筆巨大花費。
    人類的碳纖維技術(shù)發(fā)展開始于50年代初，早應(yīng)用在火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)，到今天廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著尖端技術(shù)對新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時也標(biāo)志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進入一個高級階段。隨著近年來碳纖維行業(yè)的逐步發(fā)展，已經(jīng)逐漸向汽車領(lǐng)域擴展。
    碳纖維行業(yè)需求快速增長，高端產(chǎn)品長期看好。著名跑車品牌蘭博基尼歸于德國三大汽車巨頭ABB之一的奧迪所有，這家公司已經(jīng)在同美國的波音航空公司攜手開發(fā)碳纖維材料，專門用于制造汽車。蘭博基尼的著名車型Aventador就是使用了一系列的碳纖維材料制造的元件，并且結(jié)合了金屬鋁制造的車身框架，整個車體的槽座部分都是采用碳纖維材料制成的。
    日本企業(yè)則將量產(chǎn)汽車用碳纖維。帝人公司近期宣布將在次量產(chǎn)汽車用碳纖維，期在美國投資約300億日元，計劃到2015年之前將產(chǎn)能擴大四成，美國通用汽車（GM）計劃在批量銷售的車型上采用碳纖維，而帝人作為通用的主要合作企業(yè)，將與其簽署協(xié)議。帝人擁有新的碳纖維生產(chǎn)技術(shù)，預(yù)計其成本將大幅降低，其成本將從鋼鐵的數(shù)十倍的縮減至只有鋼鐵的不到2倍。同樣來自日本的東麗正在爭取與德國戴姆勒公司進行合作，以加強在歐洲的生產(chǎn)體制。如果再算上三菱麗陽的話，日本3大廠商將占據(jù)碳纖維份額的6成。
    我國對碳纖維的研究開始于20世紀(jì)60年代，80年代開始研究高強型碳纖維，盡管多年來進展緩慢，但也取得了一定成績。進入21世紀(jì)以來發(fā)展較快，我國碳纖維制造開始向技術(shù)多元化發(fā)展，碳纖維已被列為化纖行業(yè)重點扶持的新產(chǎn)品，成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點。近些年我國碳纖維需求量增長率成上升態(tài)勢，預(yù)計自2013年起需求增長率將大幅提高。預(yù)計到2015年，國內(nèi)需求量有望突破2萬噸。不過，為了滿足日益擴大的國內(nèi)需求，目前我國每年還要大量進口碳纖維，按照2011年國內(nèi)消費量1萬噸、國內(nèi)產(chǎn)量2000噸計算，進口量約為8000噸，也就是說，目前我國碳纖維進口依賴度約為80%，進口替代空間很大。
    目前，阻礙碳纖維在汽車領(lǐng)域商品化的關(guān)鍵因素是制造成本。不過，隨著碳纖維行業(yè)的不斷成熟與發(fā)展，以及節(jié)能減排和汽車輕量化大方向的指引，碳纖維材料或成汽車界“瘦身革命”的領(lǐng)導(dǎo)者?？梢灶A(yù)見，碳纖維輕量車身必將掀起一股新的變革潮流，一個新的市場突破點正在形成，汽車輕量化時代正在加速來到我們的身邊。