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没有它就失去未来,碳纤维成汽车厂商必争之地
中国财富网    时间: 2017-4-20 15:22:34    字号:

     就在去年冬天12月16日至21日,受不利气象条件影响,京津冀及周浦地区遭遇了长达6天的“十面霾伏”。不仅京津冀,其他6省市深陷“霾”笼,40个城市发布重污染天气预警,23个城市启动红色预警,17个城市发布橙色预警,机动车单双号限行,此次雾霾持续时间之长,污染程度之重,已成为近年之最。


机动车排放是空气污染的罪魁祸首

    根据北京大气PM2.5污染源解析结果,在PM2.5的本地污染源贡献中,机动车排放占比31.1%,燃煤占22.4%,工业生产占18.1%,扬尘占14.3%。机动车排放占比最高。

    车身轻量化是必经之路

    面对如此严峻的形式,中国政府在几年前就已经制定了汽车节能减排的相关政策。根据工信部出台的《乘用车燃料消耗量限值》规定,到2015年我国生产的乘用车平均燃料消耗量要降至6.9升/百公里,2020年要进一步降至5.0L/百公里。未来,违规排放污染物的车企,将面临包括巨额罚款、行业限制在内的一系列严厉处罚。

    研究数据显示,汽车整车质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3升到0.6升。对于传统汽车厂商而言,减轻汽车重量是降低排放的最佳手段,而碳纤维材料的应用是实现汽车轻量化的必由之路。

    当然,新能源汽车的大规模应用也是降低空气污染的有效途径。在相关政策的推动和引导下,我国新能源汽车实现了逆势增长。2015年新能源汽车产量达340,471辆,销量331,092辆,同比分别增长3.3倍和3.4倍,实现爆发性增长。根据国家规划,到2020年,新能源汽车产销要达200万辆、累计产销量超过500万辆;到2025年,中国新能源汽车年销量要达到汽车市场需求总量的20%,600万辆。

    但诸如续航等瓶颈问题仍是当前发展的一大难题。除电池技术的发展外,车身重量也是影响续航的一大问题。对新能源汽车车身来说,由于使用了额外的高压电,对其安全性要求更高,更加苛刻;在耐久性能方面,由于电池的重量增加了数百公斤,需要针对车身的耐久性能做特殊的设计;整车NVH性能方面,包括整车的密封,车身的结构,更苛刻的防水要求等。每满足上述一个要求都会导致车身重量的增加,进而会导致续航里程的减少。而解决这个问题的方法,车身的轻量化是必经之路。

    多材料混合车身是发展趋势,碳纤维材料优势明显

    对于轻量化,通常有两个方面,一个是新材料的使用,一个是车身结构设计的不断优化。总体来看车身使用的材料有很多,包括热成型、铝、镁、塑料以及碳纤维复合材料。汽车轻量化联盟副秘书长杨洁表示,“目前我们正在探讨新能源汽车轻量化的路线,比如,整车包括车身轻量化、全新架构底盘轻量化、电池系统轻量化以及车身内外饰与电子电器等;材料方面包括复合材料及成型工艺、轻质铝合金及成型工艺、高强度钢及成型工艺、轻质镁合金及成型工艺等。”可以肯定的是多材料混合车身是车身轻量化发展的趋势,铝合金、碳纤维复合材料在车身上的应用在逐步的增加,例如宝马i3以及i8,碳纤维增强复合材料的应用达到了60%。整个车身由铝合金的车架和碳纤维复合材料的乘客舱构成,通过集成设计,BMW i8的轻量化系数已经达到0.99,i3是1.26。


    铝合金及镁合金的使用也是汽车轻量化的途径之一,但缺点是制造工艺繁琐,焊接及连接工艺难度高,腐蚀问题必须投入额外的成本去解决。目前白车身使用挤出型材,浇铸工艺以及冲压工艺制造的铝合金材料。由于铝合金延展性较差,回弹大,冲压工艺的成型性较差,其冲压模具设计非常复杂,导致模具成本非常高。

    碳纤维复合材料具有比强度和比模量是铝合金的数倍到数十倍、疲劳性能高、耐腐蚀、阻尼性能好以及可设计性强等优点。在碰撞安全方面,碳纤维吸能机理与金属不同,在车辆接受正面撞击时,碳纤维吸能盒是通过材料的粉碎而不是金属的屈服吸收能量的,其吸能效果可以达到钢的6倍。加之碳纤维复合材料具有良好的功能和结构集成优势,传统白车身200多个零部件甚至可以由仅仅二十几个零部件代替。整车零部件中重量最大的是车身和底盘,约占总重的 60%,轻量化潜力最大。而对于车身底盘材料的选择,最重要的性能指标是强度和模量。对比各种材料的比模量和比强度,我们就会发现碳纤维性能优势明显,远优于其它材料。一般来讲使用碳纤维代替钢材可以减重60%左右,代替铝合金可以减重30%左右。


碳纤维规模化应用在即,中国建成碳纤维车体工业4.0智能制造平台

    而随着近几年的发展,批产工艺的进步,通过使用HP-RTM、Surface-RTM和湿法模压等工艺,使得生产节拍大幅度提升,实现2-5分钟(HP-RTM工艺),2-3分钟(湿法模压工艺);另外采用4.0智能化全自动生产线,大量使用机器人,生产效率大大提高,综合生产成本得到进一步下降,更使碳纤维复合材料在汽车领域的规模化应用变成了可能。这其中最成功的案例就是宝马的i3、i8,其成员舱结构全部使用了碳纤维进行规模化制造;宝马新7系更是大量使用了创新的碳纤维/金属混合结构,引爆了碳纤维轻量化的大潮,使碳纤维的应用开始进入4.0时代。

    不仅宝马,世界主要主机厂都在碳纤维领域大举投入。奔驰与东丽成立合资企业;通用与帝人成立合资企业;福特,奥迪,大众,兰博基尼等世界知名主机厂也纷纷与各碳纤维生产企业开始合作。


资料来源:中银国际-汽车行业碳纤维轻量化专题报告:碳纤维引领汽车轻量化

    庆幸的是,中国在该领域并没有落后。康得集团、康得新集团整合全球优势资源,完成了碳纤维轻量化生态平台的布局,包括:中安信的碳纤维产业、位于慕尼黑的康得新欧洲复合材料研发中心、康得新雷丁欧洲汽车轻量化设计中心、以及德国GFG公司和SGL公司的规模化制造技术支持、康得复合材料的工业4.0版智能化制造工厂,可为整车企业提供从设计、研发、样件试制、检测、

    小批量生产到大规模供货的全方位系统的碳纤维轻量化整体解决方案。

    作为碳纤维轻量化生态平台中最为关键的一个组成部分,“碳纤维车体工业4.0智能制造平台”包括中安信、研发中心、设计中心和康得复材,实现了从设计、研发到碳纤维及部件柔性制造全过程的信息化;碳纤维及部件生产自动化、规模化;客户需求个性定制化;供应链、客户协同网络化;产品设计、研发、制造、检测及物流等全生命周期的智能化。

    目前,康得复材工业4.0版智能化制造工厂完成了一期工程,中国首条工业4.0版碳纤维复合材料智能化生产线已经投产,并拥有新一代HP-RTM量产能力。随着二期建设的开始,到2018年,康得复材将拥有全球产能最大、技术最先进、工艺门类最齐全的汽车碳纤维复合材料生产线。届时,该工厂年产可达150万件碳纤维复合材料零部件。采用的新一代HP-RTM、湿法工艺将单个部件的成型周期缩短到2-3分钟左右,实现了碳纤维部件制造的规模化。康得复材还是第一

    家具备了Surface-RTM进行批量化生产能力的企业,该技术可使零部件达到A级表面,无需进行表面处理直接喷涂面漆,大大节省后续的周期和成本。目前,多家汽车厂商已经与康得复材建立战略合作伙伴关系,并将在今年陆续发布采用碳纤维复合材料的明星新品汽车。

    飞行汽车,碳纤维材料前景无限光明

    放眼汽车的未来,自动驾驶和人工智能是汽车发展的方向。届时汽车将被重新定义,其功能以及造型都将被颠覆。具德勤调研报告显示:Level4自动驾驶实现之后,车辆之间将实现互联,行驶路径可以相互共享,这将大大降低车辆碰撞的几率。车辆在设计时也许将不需要考虑这么高的碰撞要求,而更注重轻量化、节能、用户体验、功能性以及更加流线和生态感的造型。汽车将不会局限于移动功能,而附加了多样化的定义:如移动的办公桌,移动的床,移动的餐厅等等。另外车与车之间将可以串联起来,扩展成员空间,增强车辆功能;多辆车之间串联起来共享能源,降低风阻,提高稳定性;或是交通由仅在地面上二维的移动扩展到智慧城市中摩天大楼之间的立体交通。这些颠覆将对传统车身材料和结构提出新的要求,而这些新要求却与碳纤维增强复合材料完美地匹配。


    如今的城市交通越来越拥挤,每逢拥堵,我都会幻想汽车可以飞起来越过长长的车流。飞行汽车经常出现在科幻电影中,而现在也许很快就可以开进你的车库中。据国外媒体报道,美国联邦航空局终于批准最著名的飞行汽车制造商之一——Terrafugia公司来对其汽车进行认证。众所周知,碳纤维已经大量应用在航空领域——从轻型飞机到宽体客机。毫无疑问,让汽车飞起来,也只有大量使用碳纤维,极大的使车身减重,才能具备飞离地面的条件。可以想象飞行汽车无论是在地广人稀的美国或是在交通较为拥挤的中国都很有市场前景。


    如此看来,碳纤维在汽车上应用的浪潮势不可挡。只有跟上这个潮流,才可能不被飞速发展的科技远远抛在后面。碳纤维汽车轻量化对于汽车以及生态环境有着重大的意义。相信当路上一半以上汽车都是碳纤维增强复合材料的新能源汽车时,蓝天也会眷顾北方的大地。而康得集团携手康得新集团,整合一流资源打造的全球唯一的碳纤维轻量化生态平台和碳纤维车体工业4.0智能制造平台已经为此做好了准备。

    资料参考:万钢讲话 http://auto.qq.com/a/20160123/027904.htm

来源: 热点播报    责任编辑:雷子