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揭秘碳纤维：助力汽車(chē)轻量化 高成本成最大阻碍
2019-04-24
经济观察网 记者 于惠如“这个合作还是體(tǐ)现在了ES6上。”12月20日下午6点，康得复合材料有(yǒu)限责任公司副总裁何鹏在带领两拨客户参观完碳纤维复合材料产业基地后，在電(diàn)话里跟经济观察网记者说。
12月15日，蔚来汽車(chē)在上海东方體(tǐ)育中心迎来了其今年的重要盛会，会上发布的第二款量产車(chē)型ES6引发广泛关注。值得一提的是，ES6在铝制車(chē)身的基础上又(yòu)增加了一块2平米左右的碳纤维板，使其成為(wèi)同级中唯一使用(yòng)铝合金+碳纤维增强复合材料車(chē)身结构的車(chē)型。 車(chē)辆后端多(duō)数的关键负载由碳纤维后地板承受，蔚来ES6的碳纤维后地板总成、碳纤维座椅板总成、碳纤维后地板横梁总成三大部件由康得新(xīn)欧洲汽車(chē)轻量化设计中心和蔚来联合设计，由康得复合材料有(yǒu)限责任公司（以下简称“康得复材”）批量供货。 东方证券一位分(fēn)析师称，汽車(chē)减重10%，其燃油效率可(kě)提高6%-8%，汽車(chē)减重100千克，百公里油耗可(kě)下降0.3升-0.6升。作為(wèi)汽車(chē)节能(néng)减排的主要途径之一，轻量化被纳入节能(néng)汽車(chē)标准體(tǐ)系。 具有(yǒu)“黑色黄金”之称的碳纤维增强复合材料因具有(yǒu)质轻、设计自由度高、集成性强等特点，正在成為(wèi)轻量化材料的新(xīn)宠。 减重30%以上 康得复材是康得集团、康得新(xīn)集团携手打造的“碳纤维轻量化产业平台”的核心企业，為(wèi)客户提供从碳纤维复合材料部件从设计、研发、样件试制、检测、小(xiǎo)批量生产到大规模供货和服務(wù)的碳纤维轻量化整體(tǐ)解决方案。 “事实上，在蔚来打算推出ES8的时候康得复材就有(yǒu)合作的想法。但后来经过一系列的评估、论证，我们发觉当时时机还不是很(hěn)成熟，于是这个合作就體(tǐ)现在了ES6上。2016年7、8月份的时候，我们便开始着手一起进行ES6的设计研发工作。”何鹏说。 蔚来官方资料显示，ES6理(lǐ)论上年产量為(wèi)10万-15万辆。对此，何鹏解释称：“汽車(chē)要批量化生产，部件生产效率是非常重要的核定标准，目前由康得复材提供的碳纤维部件的生产效率為(wèi)1分(fēn)20几秒(miǎo)一个部件，这与生产金属汽車(chē)结构件的效率类似。” 据介绍，ES6車(chē)型中碳纤维后地板的使用(yòng)让車(chē)身整體(tǐ)的扭转刚度更高，被动安全性能(néng)提高，整體(tǐ)耐久性也得到很(hěn)大提升。此外，碳纤维后地板嵌入到全铝車(chē)身中，比铝合金减重30%以上，与相同體(tǐ)积的高强度钢相比，重量仅是它的1/5。 公开资料显示，碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新(xīn)型纤维材料。其强度高于超高强度钢2倍以上，比铝轻30%、比钢轻50%，强度是钢的7-9倍，被称為(wèi)“轻量化材料之王”。 “减重是未来汽車(chē)的重要发展方向。”原中國(guó)复合材料集团有(yǒu)限公司董事長(cháng)、专家张定金在接受经济观察报记者采访时表示，碳纤维在模量和密度方面的优势明显，代替钢材可(kě)减重40%以上。 在减重的同时，汽車(chē)需要考虑部件的受力情况和抗冲击性以保证安全性。 “在碰撞过程中，碳纤维复合材料吸收能(néng)量的能(néng)力是钢的4-5倍，可(kě)以做到在减重的同时汽車(chē)的碰撞安全性能(néng)得到提升。”長(cháng)期从事碳纤维研究的中國(guó)复合材料學(xué)会荣誉理(lǐ)事沈真在回答(dá)经济观察报记者提问时说。 应用(yòng)提速 碳纤维增强复合材料在汽車(chē)领域的应用(yòng)率先从赛車(chē)开始，近年来在民(mín)用(yòng)汽車(chē)中也迅速得到了广泛的应用(yòng)。作為(wèi)一类重要的汽車(chē)轻质材料，其应用(yòng)范围正在由内饰向外装件、車(chē)身及结构扩展。 德國(guó)宝马公司是碳纤维增强复合材料在大规模汽車(chē)生产领域应用(yòng)的先驱。2011年，宝马在法兰克福車(chē)展首次发布i3電(diàn)动概念車(chē)和i8混动概念跑車(chē)。2014年，i3成功商(shāng)业化，碳纤维产品在通用(yòng)汽車(chē)领域的商(shāng)业化普及应用(yòng)向前迈了一步。 张定金介绍说，目前，全球主要碳纤维生产商(shāng)和主要汽車(chē)生产商(shāng)已纷纷结成联盟，谋求共同发展。“比如奥迪汽車(chē)于德國(guó)福伊特公司，奔驰、丰田与日本东丽公司，通用(yòng)汽車(chē)与日本帝人东邦等。” 多(duō)位接受经济观察报记者采访的业内人士表示，与國(guó)外巨头相比，國(guó)内車(chē)企在碳纤维领域的应用(yòng)尚处在初期发展、小(xiǎo)规模应用(yòng)的阶段。 “目前已有(yǒu)為(wèi)数不少的國(guó)内汽企和碳纤维复合材料企业正加速在車(chē)用(yòng)碳纤维材料领域的布局。”沈真介绍说。 2018年6月30日，前途汽車(chē)首款車(chē)型——前途K50在前途汽車(chē)苏州生产基地正式量产下線(xiàn)。值得关注的是，该車(chē)車(chē)身材质全部采用(yòng)碳纤维材料，整車(chē)应用(yòng)29个碳纤维复合材料外覆件，总重量比传统钢板材料重量降低40%以上。 来自康得复材的信息显示，康得集团与康得新(xīn)集团联合打造的碳纤维轻量化产业平台已经与近60家主机厂展开交流与合作。已完成了多(duō)个車(chē)型的車(chē)身覆盖件、車(chē)身结构件的汽車(chē)碳纤维复合材料轻量化项目。合作車(chē)企包括：北汽集团、蔚来、上汽集团、長(cháng)安汽車(chē)、吉利汽車(chē)、長(cháng)城汽車(chē)、威马汽車(chē)等。 待解难题 沈真表示，汽車(chē)碳纤维轻量化是未来汽車(chē)轻量化发展的大趋势，但目前車(chē)用(yòng)低成本碳纤维及其中间體(tǐ)材料产业链的缺乏，碳纤维汽車(chē)维修的问题等都是待解难题。“高成本问题是最大的阻碍。” “企业评估成本是从综合方面评估，尽管碳纤维材料成本高于钢材、铝合金等材料，但使用(yòng)能(néng)量消耗和维护成本下降，因此全寿命成本降低。”据何鹏透露，单从材料成本来看，ES6的材料成本控制在300元/公斤以内，而同等情况下使用(yòng)铝合金材料的成本大概為(wèi)60元-100元。 “虽然目前我國(guó)几乎所有(yǒu)的汽車(chē)企业都制定了碳纤维增强复合材料发展计划，并与碳纤维企业建立联盟，但仍存在一些发展瓶颈，如：缺乏复合材料整車(chē)及零部件设计准则、评价标准与数据库，缺乏复合材料零部件自动化量产技术与装备等等。”东华大學(xué)教授、國(guó)家973项目首席科(kē)學(xué)家余木(mù)火此前在接受经济观察报记者采访时说。 采访中，经济观察网记者了解到，不止一位业内专家持相同的观点。 長(cháng)期研究碳纤维复合材料的聊城大學(xué)材料學(xué)院教师赵伟说：“在工业领域没有(yǒu)形成统一的體(tǐ)系，没有(yǒu)成熟的制造工艺及设备，就直接导致成本降不下来，理(lǐ)论上的量产实际上只是一个概念。” 在张定金看来，國(guó)内汽車(chē)采用(yòng)碳纤维复合材料的挑战，首先要解决的是理(lǐ)念问题。“复合材料不应作為(wèi)金属材料的简单替代材料，重点要建立碳纤维复合材料在汽車(chē)上应用(yòng)的系统解决方案，形成降低全寿命成本的应用(yòng)理(lǐ)念。” “其次，碳纤维制造商(shāng)、碳纤维复合材料供应商(shāng)与汽車(chē)制造商(shāng)之间应建立三位一體(tǐ)的战略合作关系，共同开发碳纤维汽車(chē)部件，建立和完善碳纤维增强复合材料汽車(chē)零件的设计数据、试验方法，发展低成本碳纤维材料等。” |
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