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揭秘碳纖維：助力汽車輕量化 高成本成最大阻礙
2019-04-24
經濟觀察網 記者 于惠如“這個合作還是體現在了ES6上?！?2月20日下午6點，康得復合材料有限責任公司副總裁何鵬在帶領兩撥客戶參觀完碳纖維復合材料產業基地后，在電話里跟經濟觀察網記者說。
12月15日，蔚來汽車在上海東方體育中心迎來了其今年的重要盛會，會上發布的第二款量產車型ES6引發廣泛關注。值得一提的是，ES6在鋁制車身的基礎上又增加了一塊2平米左右的碳纖維板，使其成為同級中唯一使用鋁合金+碳纖維增強復合材料車身結構的車型。 車輛后端多數的關鍵負載由碳纖維后地板承受，蔚來ES6的碳纖維后地板總成、碳纖維座椅板總成、碳纖維后地板橫梁總成三大部件由康得新歐洲汽車輕量化設計中心和蔚來聯合設計，由康得復合材料有限責任公司（以下簡稱“康得復材”）批量供貨。 東方證券一位分析師稱，汽車減重10%，其燃油效率可提高6%-8%，汽車減重100千克，百公里油耗可下降0.3升-0.6升。作為汽車節能減排的主要途徑之一，輕量化被納入節能汽車標準體系。 具有“黑色黃金”之稱的碳纖維增強復合材料因具有質輕、設計自由度高、集成性強等特點，正在成為輕量化材料的新寵。 減重30%以上 康得復材是康得集團、康得新集團攜手打造的“碳纖維輕量化產業平臺”的核心企業，為客戶提供從碳纖維復合材料部件從設計、研發、樣件試制、檢測、小批量生產到大規模供貨和服務的碳纖維輕量化整體解決方案。 “事實上，在蔚來打算推出ES8的時候康得復材就有合作的想法。但后來經過一系列的評估、論證，我們發覺當時時機還不是很成熟，于是這個合作就體現在了ES6上。2016年7、8月份的時候，我們便開始著手一起進行ES6的設計研發工作?！焙矽i說。 蔚來官方資料顯示，ES6理論上年產量為10萬-15萬輛。對此，何鵬解釋稱：“汽車要批量化生產，部件生產效率是非常重要的核定標準，目前由康得復材提供的碳纖維部件的生產效率為1分20幾秒一個部件，這與生產金屬汽車結構件的效率類似?！?/span> 據介紹，ES6車型中碳纖維后地板的使用讓車身整體的扭轉剛度更高，被動安全性能提高，整體耐久性也得到很大提升。此外，碳纖維后地板嵌入到全鋁車身中，比鋁合金減重30%以上，與相同體積的高強度鋼相比，重量僅是它的1/5。 公開資料顯示，碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。其強度高于超高強度鋼2倍以上，比鋁輕30%、比鋼輕50%，強度是鋼的7-9倍，被稱為“輕量化材料之王”。 “減重是未來汽車的重要發展方向?！痹袊鴱秃喜牧霞瘓F有限公司董事長、專家張定金在接受經濟觀察報記者采訪時表示，碳纖維在模量和密度方面的優勢明顯，代替鋼材可減重40%以上。 在減重的同時，汽車需要考慮部件的受力情況和抗沖擊性以保證安全性。 “在碰撞過程中，碳纖維復合材料吸收能量的能力是鋼的4-5倍，可以做到在減重的同時汽車的碰撞安全性能得到提升?！遍L期從事碳纖維研究的中國復合材料學會榮譽理事沈真在回答經濟觀察報記者提問時說。 應用提速 碳纖維增強復合材料在汽車領域的應用率先從賽車開始，近年來在民用汽車中也迅速得到了廣泛的應用。作為一類重要的汽車輕質材料，其應用范圍正在由內飾向外裝件、車身及結構擴展。 德國寶馬公司是碳纖維增強復合材料在大規模汽車生產領域應用的先驅。2011年，寶馬在法蘭克福車展首次發布i3電動概念車和i8混動概念跑車。2014年，i3成功商業化，碳纖維產品在通用汽車領域的商業化普及應用向前邁了一步。 張定金介紹說，目前，全球主要碳纖維生產商和主要汽車生產商已紛紛結成聯盟，謀求共同發展?！氨热鐘W迪汽車于德國福伊特公司，奔馳、豐田與日本東麗公司，通用汽車與日本帝人東邦等?！?/span> 多位接受經濟觀察報記者采訪的業內人士表示，與國外巨頭相比，國內車企在碳纖維領域的應用尚處在初期發展、小規模應用的階段。 “目前已有為數不少的國內汽企和碳纖維復合材料企業正加速在車用碳纖維材料領域的布局?！鄙蛘娼榻B說。 2018年6月30日，前途汽車首款車型——前途K50在前途汽車蘇州生產基地正式量產下線。值得關注的是，該車車身材質全部采用碳纖維材料，整車應用29個碳纖維復合材料外覆件，總重量比傳統鋼板材料重量降低40%以上。 來自康得復材的信息顯示，康得集團與康得新集團聯合打造的碳纖維輕量化產業平臺已經與近60家主機廠展開交流與合作。已完成了多個車型的車身覆蓋件、車身結構件的汽車碳纖維復合材料輕量化項目。合作車企包括：北汽集團、蔚來、上汽集團、長安汽車、吉利汽車、長城汽車、威馬汽車等。 待解難題 沈真表示，汽車碳纖維輕量化是未來汽車輕量化發展的大趨勢，但目前車用低成本碳纖維及其中間體材料產業鏈的缺乏，碳纖維汽車維修的問題等都是待解難題?！案叱杀締栴}是最大的阻礙?！?/span> “企業評估成本是從綜合方面評估，盡管碳纖維材料成本高于鋼材、鋁合金等材料，但使用能量消耗和維護成本下降，因此全壽命成本降低?！睋矽i透露，單從材料成本來看，ES6的材料成本控制在300元/公斤以內，而同等情況下使用鋁合金材料的成本大概為60元-100元。 “雖然目前我國幾乎所有的汽車企業都制定了碳纖維增強復合材料發展計劃，并與碳纖維企業建立聯盟，但仍存在一些發展瓶頸，如：缺乏復合材料整車及零部件設計準則、評價標準與數據庫，缺乏復合材料零部件自動化量產技術與裝備等等?！睎|華大學教授、國家973項目首席科學家余木火此前在接受經濟觀察報記者采訪時說。 采訪中，經濟觀察網記者了解到，不止一位業內專家持相同的觀點。 長期研究碳纖維復合材料的聊城大學材料學院教師趙偉說：“在工業領域沒有形成統一的體系，沒有成熟的制造工藝及設備，就直接導致成本降不下來，理論上的量產實際上只是一個概念?！?/span> 在張定金看來，國內汽車采用碳纖維復合材料的挑戰，首先要解決的是理念問題?！皬秃喜牧喜粦鳛榻饘俨牧系暮唵翁娲牧?，重點要建立碳纖維復合材料在汽車上應用的系統解決方案，形成降低全壽命成本的應用理念?！?/span> “其次，碳纖維制造商、碳纖維復合材料供應商與汽車制造商之間應建立三位一體的戰略合作關系，共同開發碳纖維汽車部件，建立和完善碳纖維增強復合材料汽車零件的設計數據、試驗方法，發展低成本碳纖維材料等?！?/span> |
