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汽車輕量化的法寶——碳纖維
發布時間:2017年9月13日 | 點擊次數:836 | 作者:中復神鷹碳纖維
 
      “碳纖維復合材料是汽車輕量化最好的方法之一”這一觀點已成為業界不爭的事實,在汽車上的應用使碳纖維復合材料開始從軍用轉向民用。世界知名碳纖維供應商MAI Carbon公司近日對外透露,該公司已經可以肯定未來碳纖維材料可以進行大規模生產,并且成本將會降低90%。作為寶馬公司的合作商,該公司還表示未來將會在更多寶馬車型上應用碳纖維材料。
      相比世界知名碳纖維企業和汽車企業已經開始摩拳擦掌,國產汽車輕量化之路卻走得比較緩慢。“由于我國碳纖維生產企業有自身實力上的差距,因此應走跨越式發展碳纖維和CFRP(碳纖維增強復合材料)的道路,采用最先進的技術,才能在短期內超越群雄。”要想使中國的碳纖維復合材料在汽車輕量化上的規模應用成為現實而不再是一紙規劃,中國新材料技術協會會長、全國特種合成纖維信息中心主任羅益鋒提出,要開始跨越式發展碳纖維和CFRP的道路。
車身重不等于車安全
      車身重才更穩定、更安全,相信大多數人都這樣認為。實際上,汽車高速行駛的穩定性依靠的是空氣動力而不是自重。比如F1賽車的時速可以達到300千米,其自重卻只有600kg,是普通家用車的1/3。
      在中國汽車工程學會副秘書長張寧看來,車輛的輕量化與安全性并非矛盾的對立體。事實證明,在各種新的設計理念、新技術、新材料和新工藝的集成應用下,完全可以實現安全性、輕量化水平的共同提升。
      據統計,2013年我國石油消耗量為4.9億噸,其中汽車消耗2.1億噸。隨著美、歐、日政府制定了汽車在2015和2020年的節能減排指標后,我國在《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020)》中,也提出了2015和2020年汽車企業平均新車的油耗各為6.9L/km和5.0L/km的指標。中國工程院院士李駿認為,影響汽車油耗有五大要素,分別是車身自重、汽車風阻和軸距、發動機燃油消耗量、功率輸出效率還有汽車使用的過程,“這其中最重要的就是汽車的重量,據統計數據分析,車重與油耗直接相關。但隨著需求變化,汽車空間增大趨勢不可避免。這就需要降低車身自重,油耗則可隨車身自重一同下降。”李駿分析道。
的確,汽車輕量化現階段已成為專家學者眼中解決能耗的最佳方法。研究顯示,車重每減少100kg,每百公里可節省燃油0.3-0.5L。重量減輕,可以提高車輛的加速度和操控性,使車輛獲得更好的制動響應并縮短制動距離。
      事實上,業內人士認為,車輛安全性是一個綜合質量問題。在購車中,只考慮車重作為檢驗安全的標準不科學,購車者應多關注車型碰撞數據、車型采用的質量以及車型的安全配置。
      汽車工業將成碳纖維復合材料需求主力
      就在汽車輕量化被眾多目光關注之時,在軍工領域長期處于“霸主”地位的碳纖維材料開始在這一領域大放異彩。
      “使汽車自重有效降低的方法,就是新材料的應用。”李駿介紹,目前我國已經開始探索汽車新材料應用課題,將形成三大發展趨勢。
      首先是由高強度鋼替換原有鋼材,用以減輕車身自重。汽車企業正在逐步突破其中各項關鍵技術,在材料動靜態的性能、耐疲勞性、可靠性和汽車制造工藝等方面攻克難題;第二大趨勢將是鋁鎂合金等新材料在車身上的應用。比如2014款奧迪A8L率先使用了全鋁車身,不僅堅固耐用,而且減輕了車身重量。李駿分析,這一趨勢還有很大上升空間,預計未來單車用鋁可達到249kg,幾乎所有發動機都要全鋁,升功率將可達100kW,比現有發動機功率翻一番。如今鋁鎂合金已經應用在重卡變速器上,耐用性已通過100萬公里測試,減重效果很顯著;此外,第三大趨勢則是汽車車身應用碳纖維材料,李駿介紹:“目前國外碳纖維應用已經進入批量產業化階段,一輛1380kg的車應用碳纖維的話,只有970kg,可實現降重30%。”
       日本的碳纖維制造協會曾做過一個關于碳纖維生命周期的測試,采用碳纖維加固的汽車因減輕了自身重量,不僅燃料應用效率極大提高,而且間接地降低了二氧化碳排放,作為環保材料的碳纖維受到全世界的關注。圍繞“碳纖維汽車”,不論是國際碳纖維巨頭,還是汽車企業,都開始投入研發力量挖掘這個市場的“寶藏”。#p#分頁標題#e#
       據悉,碳纖維是將丙烯等纖維在無氧狀態下“蒸烤”炭化制成。把碳纖維在平面上排列或編織成片,再用樹脂加固之后才能成為CFRP。羅益鋒認為,今后CFRP需求增長最快的將是汽車工業,預計到2020年的消費量將接近于航空航天與軍工領域(約23000噸)。
加快汽車轉型升級差距成動力
       誠然,記者采訪的業內人士普遍看到了碳纖維等復合材料在汽車輕量化的市場,但是值得注意的是,他們認為我國碳纖維在汽車領域的發展屬于嬰幼兒階段,還要經過一段漫長的發展時間。有業內專家甚至指出:“由于受碳纖維原絲來源、成本以及研發人員少等一系列因素的限制,國內汽車產業要大規模運用碳纖維還為時過早,起碼還得等5-10年。”
       據資料顯示,目前在碳纖維領域處于領先地位的主要為日本的企業,包括三菱麗陽、東麗公司以及帝人公司,這三家基本壟斷了全球60%的碳纖維供應。此外,據路透社報道,寶馬汽車公司(BMW)與汽車碳纖維生產商SGL Carbon(SGL)計劃投資逾1億歐元,將合作生產的碳纖維產量從每年3000噸提高到6000噸,這項投資將使寶馬與SGL提高在德、美兩國的碳纖維產量,以用來滿足不斷增長的寶馬i系列電動汽車的市場需求。三菱麗陽的執行董事小野貴弘對媒體說:“向寶馬供應的碳纖維總量預計將達到全球市場的8%。”寶馬已經成為能影響到世界碳纖維市場發展的存在。
       相比國外的市場活躍,目前我國碳纖維生產企業在技術上大大落后于日美企業,還沒有批量生產高模量碳纖維的能力。中國碳纖維復合材料主要用于體育休閑、建筑補強等中、低端市場,鮮少用于汽車工業。
       羅益鋒表示,國際上碳纖維的新技術和新工藝不斷涌現,而且朝生產高效化、品質超高性能化和成本下降的趨勢發展。超級碳纖維的出現,打破了以往碳纖維是脆性材料的舊觀念,可拓展到防彈等產業領域;相對廉價的碳芯-碳化硅纖維(C-Si碳纖維)的出現,將進一步拓展碳纖維在高端和一般工業領域的應用;新型CFRP快速成型固化劑的出現,可使碳纖維增強熱固型樹脂的成型時間縮短至1分鐘以內,從而進一步拓展在尖端領域和一般產業領域的應用。他指出:“由于我國碳纖維生產企業自身實力上的差距,應走跨越式發展碳纖維和CFRP的道路,采用最先進的技術,才能在短期內超越群雄。”
面臨目前自主品牌車企在碳纖維應用上還沒有大的突破,李駿則希望國家將要提出的“中國制造2025規劃”中,把碳纖維應用放在首位。“汽車是規模效應的產業,有規模時碳纖維才能降低成本,才能助推我國汽車業升級,從而加快我國從汽車大國到汽車強國邁進的步伐。”
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此資訊來源于中國碳纖維交易網
 

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