原料價(jià)格高昂困擾汽車(chē)輕量化
日期：2015-02-03
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1月20日，我國(guó)輛具有核心技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維新能源汽車(chē)在江蘇鹽城奧新工廠正式下線(xiàn)。該車(chē)使用全碳纖維材質(zhì)乘客艙設(shè)計(jì)，通過(guò)覆蓋件與內(nèi)板件粘合形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度功能、優(yōu)化集成零件模塊，整車(chē)零部件數(shù)量減少至傳統(tǒng)汽車(chē)零部件的40%，一次能跑440公里，高時(shí)速達(dá)110公里，每百公里耗能低于10度電。降低電動(dòng)汽車(chē)成本的同時(shí)提高電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性和續(xù)航里程，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
汽車(chē)輕量化，是指在保證汽車(chē)的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車(chē)整體質(zhì)量，從而提高汽車(chē)動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。在汽車(chē)快速輕量化的背景下，新能源汽車(chē)概念迅速崛起。汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)新公布的數(shù)據(jù)顯示，2014年新能源汽車(chē)生產(chǎn)78499輛，銷(xiāo)售74763輛，比2013年分別增長(zhǎng)3.5倍和3.2倍。
碳纖維復(fù)材“眾望所歸”
實(shí)現(xiàn)輕量化，發(fā)展新能源汽車(chē)，碳纖維復(fù)合材料被寄予厚望。碳纖維復(fù)合材料具有足夠的強(qiáng)度和剛度，是現(xiàn)有制造汽車(chē)車(chē)身和底盤(pán)等主要結(jié)構(gòu)件的輕材料，因此成為汽車(chē)輕量化的理想材料，特別是在電動(dòng)碳纖維車(chē)輛的應(yīng)用空間更加廣闊。
中機(jī)系(北京)信息技術(shù)研究院產(chǎn)業(yè)規(guī)劃所研究員毋劍波指出，減重、節(jié)油和環(huán)保是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)重要的效益指標(biāo)，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可使汽車(chē)車(chē)身和底盤(pán)質(zhì)量減輕40%~60%，相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)的1/3~1/6，因此碳纖維在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用引起了各國(guó)政府和相關(guān)企業(yè)的重視。舉例來(lái)說(shuō)，美國(guó)每年投入約2億美元執(zhí)行汽車(chē)車(chē)體輕量化的5年發(fā)展計(jì)劃；日本的日產(chǎn)汽車(chē)和本田汽車(chē)也將與東麗公司聯(lián)手開(kāi)發(fā)汽車(chē)車(chē)體用新型碳纖維材料。據(jù)測(cè)算，到2019年汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的碳纖維需求量有望增至9300噸。
北京中材汽車(chē)復(fù)合材料有限公司總工程師高國(guó)強(qiáng)表示，碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)中應(yīng)用的前景可期，車(chē)用需求將有望顯著提升，特別是豪華車(chē)和超豪華車(chē)輛細(xì)分市場(chǎng)。目前，不少代工工廠不僅與一級(jí)供應(yīng)商合作，還與碳纖維制造商合作以便制造可用的零部件。如贏創(chuàng)同江森自控、雅各布塑料以及東邦特納克斯公司共同研發(fā)碳纖維增強(qiáng)塑料輕質(zhì)材料；荷蘭皇家曇卡草坪與日本東麗公司達(dá)成了長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議；東麗與戴姆勒達(dá)成共同研發(fā)協(xié)議，為梅賽德斯-奔馳研發(fā)碳纖維復(fù)合材料部件。
大量普及仍“任重道遠(yuǎn)”
對(duì)于我國(guó)而言，汽車(chē)輕量化的意義更加重大。一方面，我國(guó)是汽車(chē)消費(fèi)大國(guó)，另一方面，我國(guó)政府明確承諾，到2020年，實(shí)現(xiàn)單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%，這為碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)及其零部件發(fā)展提供了巨大的市場(chǎng)。
那么，汽車(chē)要實(shí)現(xiàn)“碳纖維化”，路還有多遠(yuǎn)？高國(guó)強(qiáng)表示，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)，尤其是碳纖維汽車(chē)的大量普及，仍有很長(zhǎng)一段路要走。
高國(guó)強(qiáng)認(rèn)為，碳纖維汽車(chē)普及難度大的要問(wèn)題是成本太高。例如，全碳纖維車(chē)身及底盤(pán)雷克薩斯汽車(chē)售價(jià)為280萬(wàn)元幣，這幾乎是一輛法拉利458和一輛路虎攬勝價(jià)格的總和，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通客戶(hù)的承受范圍。“只有當(dāng)碳纖維價(jià)格下降至70元~100元/千克時(shí)，才會(huì)具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”高國(guó)強(qiáng)說(shuō)。
此外，作為一種完全有別于金屬的新型材料，碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)零部件的開(kāi)發(fā)涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋪層設(shè)計(jì)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，離不開(kāi)大量的計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累。而整個(gè)車(chē)體結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)則涉及原料、中間產(chǎn)業(yè)、零件生產(chǎn)商及整車(chē)制造多個(gè)領(lǐng)域，上下游協(xié)調(diào)難度更是不可小覷。因此要實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料汽車(chē)零部件的規(guī)模化生產(chǎn)，還需要制訂相應(yīng)的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括材料的檢驗(yàn)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)工藝規(guī)范等。
總體來(lái)講，碳纖維復(fù)合材料車(chē)身結(jié)構(gòu)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。目前，國(guó)外很多整車(chē)廠及協(xié)作廠已建有完整的復(fù)合材料工藝體系和設(shè)計(jì)體系，相比之下，國(guó)內(nèi)的汽車(chē)企業(yè)在此方面還處于一個(gè)空白。隨著復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)應(yīng)用的日益增多，建立專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和制定相應(yīng)的材料規(guī)范和工藝規(guī)范已成為國(guó)內(nèi)汽車(chē)整車(chē)廠商的當(dāng)務(wù)之急。
可喜的是，一些國(guó)內(nèi)企業(yè)在輕量化方面已經(jīng)開(kāi)始起步。常州神鷹碳塑復(fù)合材料有限公司投資3.3億元，在常州武進(jìn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)年產(chǎn)20萬(wàn)件碳纖維轎車(chē)頂棚板、引擎蓋、保險(xiǎn)杠生產(chǎn)線(xiàn)；長(zhǎng)城汽車(chē)、奇瑞汽車(chē)也與國(guó)外企業(yè)開(kāi)展合作，推進(jìn)輕量材料的應(yīng)用。此外，寶馬i3、i8等系列碳纖維車(chē)輛順利進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，也為國(guó)內(nèi)碳纖維汽車(chē)市場(chǎng)注入一劑活力。
應(yīng)用難，癥結(jié)在哪？
從碳纖維基本原料到終應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)，大概需要經(jīng)過(guò)6個(gè)過(guò)程，即碳纖維產(chǎn)業(yè)——中間材料產(chǎn)業(yè)——設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)——零部件制造產(chǎn)業(yè)——整車(chē)設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)業(yè)——終用戶(hù)，不同產(chǎn)業(yè)分屬不同領(lǐng)域，亦有各自的歸口單位，除自身缺陷外，上下游需求不統(tǒng)一問(wèn)題同樣不容忽視。
從碳纖維產(chǎn)業(yè)到中間材料產(chǎn)業(yè)
·應(yīng)用目標(biāo)未細(xì)分，產(chǎn)品定位趨同化
·性能以國(guó)外產(chǎn)品性能為依據(jù)，未考慮具體應(yīng)用需求
·標(biāo)準(zhǔn)級(jí)碳纖維快速紡絲和碳化技術(shù)尚未突破，綜合成本高
·高級(jí)別碳纖維大批量生產(chǎn)技術(shù)有待驗(yàn)證
·產(chǎn)能過(guò)剩，開(kāi)工不足
·國(guó)外產(chǎn)品低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)
從中間材料商到設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)
·大部分樹(shù)脂體系不能滿(mǎn)足快速固化成型的需求
·大絲束和大克重比預(yù)浸料等低成本材料尚未形成大規(guī)模化應(yīng)用
·設(shè)計(jì)、分析和仿真用材料數(shù)據(jù)非常少
從設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)到零部件制造商
·缺乏設(shè)計(jì)、分析和仿真所需可靠的材料和工藝數(shù)據(jù)
·不能準(zhǔn)確、完整的定義荷載和環(huán)境條件要求
·汽車(chē)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷模式和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)則難以確定
·汽車(chē)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法、盤(pán)踞和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備缺乏
·既懂汽車(chē)又懂復(fù)合材料設(shè)計(jì)的人才稀缺
從零部件制造到整車(chē)制造
·缺乏碳纖維復(fù)合材料零部件快速生產(chǎn)制造關(guān)鍵技術(shù)
·制造裝備落后，尚不能進(jìn)行自動(dòng)化大批量生產(chǎn)
·復(fù)合材料零部件制造商大多未進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)質(zhì)量體系(TS16949)
·制造工程師和技術(shù)工人嚴(yán)重缺乏
·生產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)投資巨大，投資者謹(jǐn)慎，無(wú)法打破產(chǎn)能約束瓶頸
·傳統(tǒng)零部件制造產(chǎn)業(yè)仍然具有極大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)
·超強(qiáng)剛和鎂鋁合金等新型金屬材料也在搶占結(jié)構(gòu)輕量化市場(chǎng)
從整車(chē)設(shè)計(jì)和制造到終客戶(hù)
·使用碳纖維復(fù)合材料為客戶(hù)帶來(lái)什么不清晰，應(yīng)用定位不準(zhǔn)
·法規(guī)和規(guī)范不能覆蓋或適用碳纖維復(fù)合材料的特性
·缺乏整車(chē)整體開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)所需的總體數(shù)據(jù)
·缺乏知名的高端品牌
·缺乏精通復(fù)合材料的工程技術(shù)人員
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