隨著碳纖維的優(yōu)勢特性被越來越多的人所關注和了解,航空、軍備、機器人制造、輕軌交通等多個領域的應用式開發(fā)蜂擁而上,使得國內碳纖維生產線建設異常熱鬧。特別是在汽車制造領域,“碳纖維熱”已呈燎原之勢。但是,碳纖維作為新興戰(zhàn)略性產業(yè)中的一種重要材料,其在汽車制造領域受熱捧的背后還有很多深層含義值得我們去解讀。
解讀一:汽車輕量化的趨勢造成了碳纖維材料的“炙手可熱”
幾年前,寶馬在日本大量銷售的采用尖端材料的EV(純電動汽車)“i3”,其宣傳口號就是“碳纖維電動”。該車使用碳纖維取代了車體材料中過去最常用的鋼鐵。碳纖維以僅有鋼鐵四分之一的重量,實現了足夠的強度和耐久性。對于充電一次駕駛距離嫌短的EV等環(huán)保車,輕量化是最重要的課題。
寶馬是“先天下之動而動”,隨著對低碳環(huán)保新產品的社會需求越來越多,汽車行業(yè)的變革導致了純電動環(huán)保車型的爆發(fā)式增長,不少地方除了對純電動增加補貼之外,還在牌號限制方面對其大放綠燈,鼓勵發(fā)展。國內相關政策也做出了具體要求:到2017年新能源汽車通過應用新材料實現車身減重25%、到2020年實現車身減重30%的目標。事實上,在保證汽車的強度和安全性能的前提下,盡可能地降低汽車的整備質量,從而提高汽車的動力性,減少燃料消耗,降低排氣污染的輕量化不僅是新能源車的發(fā)展方向,而是包括傳統(tǒng)車型在內的一眾汽車企業(yè)共同追求的目標。
碳纖維復合材料在汽車輕量化中的作用非常明顯,實驗證明,車重每減小10%,油耗可降低6-8%,排放量可降低5-6%,0-100km/h加速性可提升 8-10%,制動距離縮短2-7m;車身輕量化后整車重心可實現下移,有效提升了汽車操縱的穩(wěn)定性;碳纖維還具有極佳的能量吸收率,碰撞吸能能力是鋼的 6-7倍、鋁的3-4倍,使車輛在運行更加安全、平穩(wěn);此外,碳纖維還具有更高的震動阻尼,可提高整車疲勞強度?;诂F有的碳纖維成型工藝,可使車身開發(fā) 實現集成化,大大減少了零件的種類,減少裝配難度和工作強度。不僅帶來節(jié)省能源、增加續(xù)航里程,提升性能的好處,還可以全面提高車輛的舒適性、穩(wěn)定性、安 全性和可靠性,從而會給汽車產業(yè)帶來革命性的變化!
解讀二:起步過晚的技術已成為碳纖維應用的最大障礙
中國的碳纖維產業(yè)技術起步晚的原因既有政治因素又有經濟因素,幾十年前就開始碳纖維研發(fā)的西方國家將碳纖維視為戰(zhàn)略物資,曾對中國禁售、禁運,根本不可能轉 讓技術。上世紀80年代中國就曾從英國RK公司引進大絲束預氧化爐和炭化爐,結果兩套設備均未能正常運轉。就在近幾年,碳纖維的開發(fā)才算正式開始,因此, 碳纖維產業(yè)的技術基礎還很薄弱,產能也難以轉化為產量。目前中國碳纖維生產企業(yè)已超過40家,規(guī)劃產能在7-8萬噸/年。除了民營企業(yè),中國石油、中國石 化、中國化工、中國鋼鐵、中國建材、首鋼國際等大型國企都已介入。但是在設備技術和生產規(guī)模方面的巨大差距使國內同等質量的產品價格遠高于國外。例如,日本東麗T700級碳纖維的成本與國內T300級的成本相當,成本差異如此之大,導致中國碳纖維產品缺乏市場競爭力。隨著高性能纖維及復合材料市場的中心進一步向亞洲轉移,中國高性能碳纖維復合材料產業(yè)前景令人期盼。
但投資火熱的同時也有盲目跟風因素的存在,國內碳纖維領域著名專家——北京化工大學材料科學與工程學院副院長徐樑華教授用“成績喜人但隱患猶存”來概括國內該產業(yè)的發(fā)展現狀。他指出,目前行業(yè)內存在技術底蘊不足、盲目跟風上項目等問題,多數產品還不具備市場競爭力,在具體的應用領域缺少專業(yè)和系統(tǒng)的研發(fā)。從國家整體水平看,雖然已經掌握了許多關鍵技術,但由于分散在各個環(huán)節(jié),資源得不到有效分配與整合,導致整體產業(yè)水平上不去。而高水平專業(yè)人才的培養(yǎng)問題同樣應該引起重視,目前高等院校里幾乎沒有相應的專業(yè)設置。在這種情況下,業(yè)內需要思考碳纖維產業(yè)的發(fā)展之路,并通過探討高性能化和低成本化解決技術難題,擴大市場應用,真正創(chuàng)造效益。
解讀三:碳纖維加工企業(yè)必須積極應對市場需求
碳纖維復合材料主要憑借兩個優(yōu)勢進攻汽車制造領域,一是模塊化生產,碳纖維復合材料具有良好的可塑性,可加工成各種零部件,也可以制成一體式的整體結構。對多個部件的一次性加工成型,不僅縮短了加工時間、降低了成本,并且能保證更高的精度。二是生產工藝-樹脂轉移模塑成型(RTM)技術的發(fā)展應用,能大幅提高零件成型速度,將傳統(tǒng)成型的幾天時間縮短為幾分鐘,具有效率高、成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點。寶馬、奧迪、帝人等公司都已試驗或運用了此項技術。一些技術發(fā)展較快的碳纖維加工企業(yè)還能采用更新的成型技術使碳纖維產品達到A級表面的要求,拓展碳纖維復合材料的使用范圍。
但是目前國內的碳纖維加工企業(yè)良莠不齊,大多還處于摸索階段,在生產標準和技術研發(fā)水平上很難達到客戶的理想水平,這在很大程度上局限了碳纖維產品在汽車制造領域的廣泛應用。在行業(yè)內起步較早的無錫威盛新材料有限公司的技術總監(jiān)坦言:“從未來發(fā)展趨勢上看,汽車制造行業(yè)對碳纖維零部件有很大需求,但是碳纖維產品的制造方必須要結合這些行業(yè)的實際需求,提升自身的生產能力,將碳纖維技術真正融入到該領域中去,這就需要雙方在產品研發(fā)上做更深層次的交流合作”。日前,該企業(yè)為國內某家汽車主機廠研發(fā)的碳纖維低速吸能盒已進入試樣階段,此外該企業(yè)研發(fā)的阻燃增韌碳纖維材料,填補了國內此項目的技術空白,在軌道車輛的車身及車廂設施方面應用非常廣泛,有效發(fā)揮了碳纖維制品在結構減重方面的突出優(yōu)勢。
近日,歐洲汽車輕量化技術聯盟理事、意大利APS公司合伙人、碳略新材科技 CEO宋廷瑞博士在2016第二屆碳纖維及其復合材料技術與應用研討會發(fā)表了題為《汽車碳時代,復合材料支撐汽車產業(yè)革命》的演說,再一次論證了碳纖維及其復合材料對汽車產業(yè)的歷史意義。但是在這股“碳纖維熱”的背后,我們必須清醒地認識到,如果沒有系統(tǒng)化的開發(fā),沒有足夠豐富的生產經驗,沒有積極應對市場需求的研發(fā)隊伍是很難在短時間內將這種“熱”傳導到汽車制造領域,為汽車行業(yè)帶來有影響性的革新力量,這也需要碳纖維生產方和客戶方需要深入考慮的問題。(文章來源:中國建材網)