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碳纖維及復合材料在汽車中應用的思考

2016-04-27
2016年3月30日,澳盛科技技術總監嚴兵代表赴北京參加汽車碳纖維應用系統工程交流會。

澳盛科技針對寶馬i3系車型使用碳纖維以及其他復合材料的情況作了專項調查并與與會人員分享。澳盛科技嚴兵總監提到,國內碳纖維研發應該是一個群策群力的工作,相關政府、企業以及高校等應當協助開發。


澳盛科技技術總監嚴兵會議現場發表觀點
在嚴總《碳纖維及復合材料在汽車中應用的思考》一文中,他提出了關于復合材料在汽車應用中的五個觀點,以下內容均引用于澳盛科技技術總監嚴兵原創作品《碳纖維及復合材料在汽車中應用的思考》。
一、國內碳纖維行業發展現狀

     作為一種物理性能優異的材料,碳纖維廣泛應用于航空、深海開發、風力發電、汽車、建筑工程、體育休閑等工業和民用領域。在需求增長帶動下,近年來國產碳纖維發展加速,產能大幅提高。目前,我國已有30多家企業從事碳纖維的研發和生產,建成產能已經突破2萬噸,也涌現出像中復神鷹、江蘇恒神等一批較為不錯。但大多為相對低品質的產品,與國外相比差距明顯。同時,由于國外廠家的價格戰略,使抵擋碳纖維的價格甚至在成本線下,所以國內碳纖維生產廠家的盈利能力堪憂,幾乎所有的企業虧本。有技術能力的廠家通過下游復合材料或制品來彌補上游的虧損。
     相對于生產碳纖維原絲需要巨額的投資,下游碳纖維復合材料門檻相對較低、盈利能力較好,因此國內碳纖維復合材料及制品廠家更多,多達數千家,既有像光威、澳盛等規模較大,技術能力較強的廠家,也有眾多家庭作坊式的小廠家。
二、碳纖維及復合材料在汽車行業應用里程碑——寶馬i系列汽車

碳纖維及復合材料在汽車行業早有應用,但因為碳纖維陽春白雪的高貴身份和高昂價格,使其多用于跑車等高檔車中。

2014年3月日內瓦車展上,寶馬純電動車寶馬i3亮相,這款車型是寶馬汽車i系列旗下的首款量產新車,寶馬官方已經公布i3車型的海外售價34,950歐元起,約合28.3萬元人民幣,年售量在3萬輛以上。寶馬i3量產車型包含多種創新技術,像全碳纖維復合材料制造的乘員座艙模塊以及鋁合金構造的底盤模塊。寶馬i3在乘務艙內大量運用了碳纖維元素,使得這款電動車的整備質量僅為1195公斤,加之蓄電池使其在純電動模式上續航里程可達到160公里。

寶馬i3汽車是碳纖維材料在汽車上實用化的歷程碑的進步,其家庭化的價格也一舉打消了碳纖維汽車高不可攀的形象。隨著寶馬又推出了i8、i7等,并宣布將在7系列推廣碳纖維及復合材料。

目前以寶馬i3、i8、以及7系列大量使用的碳纖維復合材料,在寶馬汽車中有三十多種零部件使用了碳纖維復合材料(CFRP),分別有:車身、底盤、車頂、車門、頭蓋、引擎蓋、尾翼、壓尾翼、中控臺、裝飾條、儀表盤、傳動軸、特殊動力傳動系統、座椅、座椅套墊、前擴散器、尾擾流板、后擴散器、后視鏡外殼、懸掛臂、前唇、側裙、側格柵、車用箱包、導流罩、A柱、遮陽罩、散熱器面罩、側護板、低位踏板、副保險杠等外部和車身、內飾和外飾配件等系統。
    碳纖維材料在寶馬i系列汽車上應用的成就引起了汽車制造商的重視,眾多汽車廠投入更多的力量研究碳纖維材料在汽車上的應用。
    國內的許多汽車制造商也開始關注碳纖維及復合材料,但相對來說,民用汽車廠家或后起的新能源汽車制造商似乎動作更大。

三、碳纖維及復合材料在汽車行業應用的難點

1、價高、難以量產
雖然寶馬i系列汽車為碳纖維材料在汽車上實用化指出了方向,但具體的路走起來仍然有很大的難度。特別是碳纖維復合材料價格高,使其在汽車上應用具有一定的難度,特別在降本壓力很大的當前。
當然,碳纖維復合材料的價格高,除了碳纖維本身價格較高外,其中最大一個原因就是目前的加工方式,導致加工效率低,加工成本高。目前碳纖維復合材料的加工方式從玻纖復材的工藝而來,效率較低,成本較高,導致加工成本甚至比碳纖維原材料成本還要高,甚至高許多倍。
同時加工工藝的局限,不僅成本增加,而且效率較低,難以滿足汽車行業動輒數萬甚至幾十萬車型的需要。
寶馬i系列車型的成功,就是和包括材料廠家、設備廠家一起開發低成本碳纖維和加工工藝,所以才能保證一定的產量,并把價格降到4萬歐元一下。

2、汽車是一個系統工程,碳纖維不是簡單的一個部件就可以解決的
碳纖維材料在汽車上的應用,不是人們簡單想象,以為更換一個部件,改成碳纖維材料就OK了,可以減重。汽車是一個系統工程,簡單更換一個部件,可能帶來其他問題,包括共振、聲躁、安全等。
寶馬i系列車型的成功,就是根據碳纖維復合材料的特性,對整車重新進行了設計,才取得了成功。而這個設計能力,國內廠家還比較欠缺。

3、大汽車廠家處于觀望態度
    國內汽車廠家雖然感到碳纖維材料在汽車上應用的前景,也有廠家有所動作,但步驟較慢,一方面汽車廠家不太懂碳纖維和復合材料,不熟悉加工工藝,或者說相關工藝的技術還沒有公開,無法通過購買等經濟手段獲得,投資碳纖維汽車有一定風險。另外,汽車生產線都投資巨大,上碳纖維汽車生產線,也有可能使以前的投資縮減甚至無用,因此國內大汽車廠家步驟謹慎,處于觀望態度。
四、澳盛科技在這方面的工作及進展

江蘇澳盛復合材料科技有限公司(以下簡稱澳盛科技)專業從事碳纖維及芳綸纖維等高性能纖維織物及其復合材料研發與生產,占地165畝,員工100多名,生產線40多條,目前已獲得發明專利2 項,實用新型20項,外觀專利1項。
澳盛科技與業內頂級原料廠商開展長期合作,并形成牢固的戰略合作伙伴,為實現產品一流品質奠定堅實基礎。同時澳盛科技在自己生產碳纖維、芳綸編織和預浸料的基礎上,生產模壓、拉擠、纏繞等產品,包括碳布、預浸料、片材、板材、管材、棒材、異性件、發熱電纜、電纜碳芯等,目前產品已經應用到建筑、橋梁、醫療器械、車、船部件、電腦、手機、箱包、體育用品等行業。
澳盛科技以自身多年的碳纖維行業經驗,一直關注于碳纖維及復合材料在汽車行業的應用,包括提供碳布、預浸料,并配合相關公司對汽車部件的開發,目前我司已經和多家新能源汽車、汽車設計公司共同開發,研究碳纖維及復合材料在汽車上的應用。
五、展望

    碳纖維復合材料以前局限于熱固性材料,屬于小眾產品,所以發展較慢。纖維材料在汽車上應用的前景廣泛,如何推廣,需要上下游、設備部門的共同配合,才有更好的發展。中國塑料加工行業30多年的發展,材料、設備和工藝共同發展、進步,從弱小到世界上有一席之地,就很能說明問題。中國塑機協助組織本次汽車碳纖維應用系統工程會議,邀請了相關行業內的眾多企業和專家,特別是國內頂尖的知名塑機企業,針對行業內關心的問題,進行針對性的開發,我相信可以加快研究步伐。我們澳盛科技也愿意利用自身的優勢,配合相關企業,探討和研究纖維材料在汽車上的應用。
以下是本次汽車碳纖維應用系統工程交流會相關圖片展示,轉載于嚴總個人公眾號“嚴說一點”。


粟秘書長主持會議

大連理工大學汽車學院胡平院長匯報就碳纖維在汽車中應用,走訪上下游企業的調研情況

工信部吳峰處長提出碳纖維材料在汽車中應用需要量大面廣、低成本,適當情況可以申請工信部支持,特別是首件(套)設備支持,做出示范點或示范線,但申請注意落地的工作清單、工作表,注意節點,以便和相關政策對接。

國投創新投資管理有限公司李鋼董事長介紹了他對碳纖維在汽車上應用的看法,并對相關企業介紹,他們國投愿意投資有能力,有前景,在這方面做得比較好的企業。

中國汽車工程學會汽車輕量化部部長楊潔介紹了新能源汽車技術路線3.25的情況,并對汽車輕量化三類方法做了介紹。

汽車工業協會的陳元智主任對碳纖維在汽車中的應用提出了自己的看法,并指出在開發相關材料時要注意安全/環保(回收)/法規方面事宜。

恒神股份的技術顧問沈真介紹碳纖維的發展和應用,以及恒神在這方面的研究和應用。
江蘇澳盛復合材料科技有限公司技術總監嚴兵就碳纖維及復合材料在汽車中應用的難點提出了自己的看法,并介紹了澳盛科技在這方面的工作,以及和相關汽車廠家合作情況。

金緯塑機何海潮董事長簡單介紹了金緯的情況,金緯作為國內領先的塑機生產廠家,看好碳纖維熱塑性材料的前景,對此進行開發,并專門成立一家新的公司力弗特智能設備公司,專門組織人力、物力進行開發。

伯樂塑機的簣偉良董事長介紹了他們開發的碳纖維連續注塑IMC工藝。

中國塑機協會會長單位博創塑機的梁觀林技術總監、副會長單位伊之密廖昌清總經理、副會長單位通佳機械的戴強副總經理也介紹了他們企業及相關情況。
蘇州大云塑料回收設備有限公司戎清亮總經理介紹了他們公司開發的碳纖維復合材料綠色回收工藝和設備。

安徽恒信集團的李建國總經理介紹了他們開發的產品在汽車上的應用,包括為知名汽車廠家開發的塑料發動機和前段模塊等,并介紹了他們開發的碳纖維汽車后尾門。
比亞迪中央研究院的孫永亮介紹了比亞迪K9中復合材料的應用。

北京納盛通新材料的方坤總工程師介紹了他們熱塑性碳纖維復合材料開發的情況,并現場帶來他們開發的碳纖維汽車輪轂。

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