产业化前奏
碳纤维复合材料是汽车轻量化应用的重要组成部分。它可以大大降低整车重量,由此起到节油和减少排放之效。车重的降低还带来另一项好处,就是可以使刹车距离大大缩短。美国2012年开始出台一项法规,缩短65岁以上的驾驶者的刹车距离。碳纤维复合材料另一个重要作用是吸能,此项性能是金属材料的5~6倍。赛车场上有个典型案例:一辆赛车被撞后,车身因吸收了大部分撞击能量,都碎掉了,但是驾驶员却安然无恙。碳纤维容易成型,很容易改变汽车传统的框架式的结构,可以方便地“塑造”出奇特外观。而且,它还可以很方便地定制车厢内的空间,像特斯拉就把移动终端融进到其中。
目前国际上几乎所有大型汽车制造企业都在和碳纤维厂联合开发汽车相关材料。有的着名公司一下子推出了数10种碳纤维技术的概念车型,像宝马、法拉利、兰博基尼、福特、奔驰、保时捷、标致新推出的很多车型都应用了碳纤维的技术。而我国汽车企业也看到这个趋势,也开展做相关的研究工作,推出了不少碳纤维材料制作的零部件。总的来说,世界上几乎所有的汽车企业都推出了碳纤维整车车型或者是零部件。碳纤维复合材料在汽车上的应用已大面积推开,已经奏响产业化的前奏!
继续改进的空间
然而碳纤维复合材料也会遇到瓶颈。首先是价格问题。原材料的成本一般占的比例是30%,成型加工的成本占70%。在有的汽车公司可能会更高,像宝马要占到89%。但是近几来随着生产和应用规模的扩大,以及工艺水平的提高。它的成本也在下降。
宝马公司的i3汽车,整个车厢全部用碳纤维制造的,这样一个车,以前大家都认为很贵,只买了三四万欧元,折算下来是二十七八万元人民币,仅相当中档车的水平。目前,碳纤维复合材料的大批量生产已经基本解决了快速成形问题,加工时间大大缩短。这给成本大幅下降奠定了技术上的基础。
其次是工艺难题。热塑性工艺是发展趋势,但是连接问题未解决好,像日本的覆盖件是用热塑性技术做,但是节连还存在问题。虽然存在成本和技术的瓶颈,但是,它们也被逐步克服之中。宝马i3汽车给人们极大的信心,说明了通过技术的进步是可以突破成本的问题。今后,碳纤维复合材料还有进一步降价的空间。热塑性技术最先进的日本已经建立了生产线,跟以前的GMT不一样,重点集中在怎样提高热塑性的连接性,让做出来的钢板切线小。日本有一个国家计划,在研制连续纤维和回收的无纺布的纤维,及研究LFT的注塑,而LFT注塑成型也是很重要的一种方法。
国内研究现状
东华大学在碳纤维复合材料上面已经有30余年的历史。在碳纤维样低成本化的研究方面,其技术与美国实验室具有相等水平。在量产技术的开发上也有独到之处。目前,国际上真正应用到汽车产业上面的传动轴产量在300万件左右,而我国一个在建的企业原产就可以达10余万件。而且国产碳纤维的传动轴减重效果非常明显,金属的原是9.6千克,碳纤维的则是3.6千克。而且后者还采用了集成结构,大大的节省了空间。而在轮毂方面的研究,东华大学的流水线方案也与国际先进水平旗鼓相当。
产业化路径
没有规模不成产业,未来重点是产业规模和产业链问题。面对碳纤维广阔的应用前景,我国应该发挥国家意志,培养一批产业链企业,每个环节培育1~2家龙头企业,并与科研院所共同建立中国研发能力,支撑产业的跨越式发展。首先,带动一大批配件厂商参与进来,使碳纤维产业能够快速发展起来。
其次要电动车入手,电动车是国家政策扶正的产业产品,从电动车身入手可以获得国家政策的贴补。第三是原材料中间体,如果在车上面用的话,需要一大批的企业。最后是装备,需要有一大批做复合材料成形,有成套装备的技术。