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        碳纖維復合材料在汽車應用上為何叫好不叫座

        放大字體  縮小字體 發布日期:2020-01-13  來源:E車匯  瀏覽次數:178
        核心提示:碳纖維復合材料要在新能源汽車的批量應用,一是要考慮碳纖維材料本身的成本、性能和工藝,二是要在汽車零部件的批量應用,要從生產制造、產品成本、全生命周期等方面綜合考慮,三是要讓更多廠家認識、認知、認可、認同這種先進材料,眾人拾“材”火焰高,只有更多的使用,碳纖維的價值才有黃金價值,才能攤薄其高貴的成本,獲得“叫好又叫座”的復合價值和美好前途。

        如果有一種材料能給汽車諸多好處和優勢,你會不會選擇:

        一是大幅減重:與鋼結構相比,可減重40%-50%,與鋁結構相比,可減重20%-30%;

        二是高比強度、比剛度:比強度是鋼的七八倍,是鋁的三四倍,比剛度是鋼和鋁的二三倍;

        三是安全性提高:高強抗沖擊性和極佳的能量吸收能力——比金屬材料高四五倍,可以非常好地改善汽車的安全性能;

        四是抗拉強度提高:鋼和鋁的疲勞強度一般為抗拉強度的30%-50%,而他則達70%-80%,優異的抗疲勞性、耐腐蝕性能可延長車身壽命;

        五是吸振能力提高:吸振能力和振動阻尼性能較高,輕合金需要9S才能停止振動,他只需要2S;

        六是零件數量大幅減少:結構整體成型,可大幅減少零件和緊固件的數量;

        七是經濟性改善:可提高燃油效率,減少排放,提高續航里程等。

        它的名字,叫碳纖維復合材料。這種極輕的輕量化材料,并不是一種新出現的材料。他早期應用集中體現在航空航天領域,從1975年開始首先應用在軍用飛機上,從1980年代開始應用在民用飛機上,一架Boeing787飛機的結構用量超過50%。

        隨著汽車行業越來越迫切的輕量化需求,碳纖維開始在傳統汽車和新能源汽車逐步得到嘗試和應用。碳纖維復合材料在汽車領域最早應用在高端跑車和豪華汽車車型上。自寶馬率先將碳纖維復合材料大量應用于i3和i8等量產車型以來,全球汽車設計和制造業掀起一陣碳纖維復合材料研究和應用探討的熱潮。

        作為世界第一大汽車產銷大國,中國汽車同仁對碳纖維復合材料的研發一直波瀾不驚。時至今日,真正的量產化應用尚乏善可陳。除了造車新勢力前途汽車在其首發車型K50大量使用碳纖維復合材料的車身外覆蓋件外,幾乎沒有哪家整車企業將這種非常先進的材料用于量產車型。

        那么,到底是什么限制碳纖維復合材料量產化應用的前途?

        一個顯而易見的道理是,碳纖維高昂的價格。一公斤鋼多少錢?大約6-8元。一公斤碳纖維復合材料多少錢?大約200元。30倍的價差,在當下降本增效的大趨勢下足以嚇到汽車采購和制造商。

        在汽車材料的發展變革中,性能和成本介于鋼材料和碳纖維材料之間的鋁合金,成為當下比較折中的選擇。諾貝麗斯中國區董事總經理、諾貝麗斯負責亞洲汽車業務的副總裁劉清,在其代表的鋁合金輕量化技術路線代言說,一種先進的材料一定要考量市場和客戶的需求。言外之意是,太先進的脫離需求的產品不一定有市場,合適最好。

        以碳纖維為創業和事業的蘇州華特時代碳纖維有限公司總經理熊飛博士卻不這樣認為,不能面向制造、面向人機工程的設計,才是導致當前碳纖維復合材料汽車部件生產成本居高、最終動搖整車企業量產化應用信心的根本所在。

        他舉例,雖然碳纖維價格較高,但在碳纖維部件的最終成本構成中,材料成本僅占25%,另外的75%是工藝成本,工藝成本是材料成本是3倍,相當一部分是由不合理的設計引起的。

        例如,傳統的鋼制引擎蓋,通常包括內板和外板,兩者之間有加強版、鉸鏈、撐桿和鎖扣等,同時還含有NVH和隔熱設施,這種設計對于鋼部件的生產方式而言,幾乎不存在任何問題。

        但如果將其套用在碳纖維復合材料上,就會帶來工藝的復雜性和可制造性的挑戰,增加不必要的工藝步驟和生產難度,引發應用碳纖維復合材料的固有優勢不能發揮出來,還放大了其生產效率低下的缺點,產品的一次性合格率也明顯降低,最終導致生產成本的增加,市場局面難以打開。

        業內人士認為,包括碳纖維復合材料、鋁合金等在內任何一種新技術、新材料都不可能十全十美,都有其局限性,將合適的材料用到合適的地方,再用合適的工藝來做。只有遵循材料固有屬性的設計,才具備工藝可制造性,才能最大程度地發揮出材料的固有優勢,從而以最佳的結構、最好的性能、最高的效率和最低的成本實現替代應用。

        碳纖維復合材料要在新能源汽車的批量應用,一是要考慮碳纖維材料本身的成本、性能和工藝,二是要在汽車零部件的批量應用,要從生產制造、產品成本、全生命周期等方面綜合考慮,三是要讓更多廠家認識、認知、認可、認同這種先進材料,眾人拾“材”火焰高,只有更多的使用,碳纖維的價值才有黃金價值,才能攤薄其高貴的成本,獲得“叫好又叫座”的復合價值和美好前途。

         
        關鍵詞: 汽車輕量化 輕量化
         
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