原料價格高昂困擾汽車輕量化

　　1月20日，我國輛具有核心技術自主知識產權的碳纖維新能源汽車在江蘇鹽城奧新工廠正式下線。該車使用全碳纖維材質乘客艙設計，通過覆蓋件與內板件粘合形成結構強度功能、優化集成零件模塊，整車零部件數量減少至傳統汽車零部件的40%，一次能跑440公里，高時速達110公里，每百公里耗能低于10度電。降低電動汽車成本的同時提高電動汽車的動力性和續航里程，真正實現節能減排。
　　汽車輕量化，是指在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車整體質量，從而提高汽車動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。在汽車快速輕量化的背景下，新能源汽車概念迅速崛起。汽車工業協會新公布的數據顯示，2014年新能源汽車生產78499輛，銷售74763輛，比2013年分別增長3.5倍和3.2倍。
　　碳纖維復材“眾望所歸”
　　實現輕量化，發展新能源汽車，碳纖維復合材料被寄予厚望。碳纖維復合材料具有足夠的強度和剛度，是現有制造汽車車身和底盤等主要結構件的輕材料，因此成為汽車輕量化的理想材料，特別是在電動碳纖維車輛的應用空間更加廣闊。
　　中機系(北京)信息技術研究院產業規劃所研究員毋劍波指出，減重、節油和環保是汽車產業重要的效益指標，碳纖維復合材料的應用可使汽車車身和底盤質量減輕40%~60%，相當于鋼結構的1/3~1/6，因此碳纖維在新能源汽車領域的應用引起了各國政府和相關企業的重視。舉例來說，美國每年投入約2億美元執行汽車車體輕量化的5年發展計劃；日本的日產汽車和本田汽車也將與東麗公司聯手開發汽車車體用新型碳纖維材料。據測算，到2019年汽車產業的碳纖維需求量有望增至9300噸。
　　北京中材汽車復合材料有限公司總工程師高國強表示，碳纖維復合材料在汽車中應用的前景可期，車用需求將有望顯著提升，特別是豪華車和超豪華車輛細分市場。目前，不少代工工廠不僅與一級供應商合作，還與碳纖維制造商合作以便制造可用的零部件。如贏創同江森自控、雅各布塑料以及東邦特納克斯公司共同研發碳纖維增強塑料輕質材料；荷蘭皇家曇卡草坪與日本東麗公司達成了長期供應協議；東麗與戴姆勒達成共同研發協議，為梅賽德斯-奔馳研發碳纖維復合材料部件。
　　大量普及仍“任重道遠”
　　對于我國而言，汽車輕量化的意義更加重大。一方面，我國是汽車消費大國，另一方面，我國政府明確承諾，到2020年，實現單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%，這為碳纖維復合材料汽車及其零部件發展提供了巨大的市場。
　　那么，汽車要實現“碳纖維化”，路還有多遠？高國強表示，國內新能源汽車，尤其是碳纖維汽車的大量普及，仍有很長一段路要走。
　　高國強認為，碳纖維汽車普及難度大的要問題是成本太高。例如，全碳纖維車身及底盤雷克薩斯汽車售價為280萬元幣，這幾乎是一輛法拉利458和一輛路虎攬勝價格的總和，遠遠超過普通客戶的承受范圍。“只有當碳纖維價格下降至70元~100元/千克時，才會具有一定的市場競爭優勢。”高國強說。
　　此外，作為一種完全有別于金屬的新型材料，碳纖維復合材料汽車零部件的開發涉及結構設計、鋪層設計及強度設計等多個方面，離不開大量的計算和經驗數據的積累。而整個車體結構開發則涉及原料、中間產業、零件生產商及整車制造多個領域，上下游協調難度更是不可小覷。因此要實現復合材料汽車零部件的規?；a，還需要制訂相應的各種標準規范，包括材料的檢驗和測試標準以及生產工藝規范等。
　　總體來講，碳纖維復合材料車身結構是一個非常復雜的系統工程。目前，國外很多整車廠及協作廠已建有完整的復合材料工藝體系和設計體系，相比之下，國內的汽車企業在此方面還處于一個空白。隨著復合材料在汽車工業應用的日益增多，建立專業的研發團隊和制定相應的材料規范和工藝規范已成為國內汽車整車廠商的當務之急。
　　可喜的是，一些國內企業在輕量化方面已經開始起步。常州神鷹碳塑復合材料有限公司投資3.3億元，在常州武進經濟技術開發區建設年產20萬件碳纖維轎車頂棚板、引擎蓋、保險杠生產線；長城汽車、奇瑞汽車也與國外企業開展合作，推進輕量材料的應用。此外，寶馬i3、i8等系列碳纖維車輛順利進入國內市場，也為國內碳纖維汽車市場注入一劑活力。
　　應用難，癥結在哪？
　　從碳纖維基本原料到終應用于汽車工業，大概需要經過6個過程，即碳纖維產業——中間材料產業——設計開發產業——零部件制造產業——整車設計和制造產業——終用戶，不同產業分屬不同領域，亦有各自的歸口單位，除自身缺陷外，上下游需求不統一問題同樣不容忽視。
　　從碳纖維產業到中間材料產業
　　·應用目標未細分，產品定位趨同化
　　·性能以國外產品性能為依據，未考慮具體應用需求
　　·標準級碳纖維快速紡絲和碳化技術尚未突破，綜合成本高
　　·高級別碳纖維大批量生產技術有待驗證
　　·產能過剩，開工不足
　　·國外產品低價競爭
　　從中間材料商到設計開發產業
　　·大部分樹脂體系不能滿足快速固化成型的需求
　　·大絲束和大克重比預浸料等低成本材料尚未形成大規模化應用
　　·設計、分析和仿真用材料數據非常少
　　從設計開發到零部件制造商
　　·缺乏設計、分析和仿真所需可靠的材料和工藝數據
　　·不能準確、完整的定義荷載和環境條件要求
　　·汽車復合材料結構損傷模式和實現準則難以確定
　　·汽車復合材料結構試驗方法、盤踞和實驗準備缺乏
　　·既懂汽車又懂復合材料設計的人才稀缺
　　從零部件制造到整車制造
　　·缺乏碳纖維復合材料零部件快速生產制造關鍵技術
　　·制造裝備落后，尚不能進行自動化大批量生產
　　·復合材料零部件制造商大多未進入汽車行業質量體系(TS16949)
　　·制造工程師和技術工人嚴重缺乏
　　·生產線建設投資巨大，投資者謹慎，無法打破產能約束瓶頸
　　·傳統零部件制造產業仍然具有極大的競爭優勢
　　·超強剛和鎂鋁合金等新型金屬材料也在搶占結構輕量化市場
　　從整車設計和制造到終客戶
　　·使用碳纖維復合材料為客戶帶來什么不清晰，應用定位不準
　　·法規和規范不能覆蓋或適用碳纖維復合材料的特性
　　·缺乏整車整體開發設計所需的總體數據
　　·缺乏知名的高端品牌
　　·缺乏精通復合材料的工程技術人員
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