6月24日,某媒體在北京舉辦電動汽車輕量化沙龍,現場中航復合材料有限責任公司副總經理李宏運表示輕量化從來都不是為開車人輕量化的,而是為地球輕量化,為環境而輕量化。他從兩個方面解釋道,第一,全球環境壓力造成不得不去輕量化。第二,輕量化是車企生存的必要之路,2020年所有車企的平均油耗5.0升,如果車企不去發展新能源或低排放的車,它將來生存就很困難。
關于輕量化的實現,李宏運表示,從鋼到鋁,通過設計去滿足結構強度、剛度、耐久性前提下,如何去降低結構重量,有很多的設計和分析方法。對于車鋼質車身,他認為已經沒有什么余地可挖了,材料的性能已經用到非常極限了,而且布局上也非常合理。關于輕量化的實現,從傳統上講,設計第一位的。結構的重量和成本都取決于這個設計。其次在選擇材料的時候必須和設計緊密結合起來,如果離開了設計,單獨用輕質材料去用,是用不出效果的。因為材料本身有不同的特點,尤其是比強度、比剛度、耐久性方面。當然設計還對制造工藝有影響,制造工藝來講,也會從加工精度、制造精度這方面去控制這個重量,但是貢獻率肯定沒有前兩個貢獻率高。
碳纖維復合材料的應用逐步由航空領域過渡到汽車領域
而在碳纖維的材料特性方面,主要是使用高性能的碳纖維來作為增強體,和樹脂體系,包括熱固性和熱縮性的樹脂體系,形成一種復合材料。單項材料的性能,標準磨量的碳纖維可以到3500個兆帕,磨量可以到240個兆帕。那么現在最高級別的碳纖維可以到6600個兆帕,磨量由原來的230、240兆帕,可以到500兆帕左右,這個材料在迅速的發展和進步之中。
通過在航空領域這幾十年的應用,在近十年內開始逐步向汽車方面推廣和應用。比如碳纖維在追求高速競賽的F1賽車上成功應用,慢慢給其他通用汽車行業應用奠定了一些基礎和信心。從現在來看,主要用的部位也是從表面的覆蓋件(像四門兩蓋)。而后在有了新能源車應用于主結構。最典型的就是寶馬i3,整個的乘員倉全部以碳纖維復合材料來制造,對于復材領域來講已經是一個非常大的量了。
寶馬應用以后,國內也想引進生產線。但在總體上來看,用這些材料和設計的施工背景考慮,是不是最佳方案?應該說還有很多的可以探討的地方。現在國際上也都有很多的設計,雖然寶馬采用這種設計方式去做有一定的道理,但不是最優的。現在包括英國、法國、德國有很多的研究機構也在開發新的材料設計結構,結構的設計方法和更低成本的制造方法也在用。可能下一步的應用會在車身上,這個量一定會逐步擴大。從原來的覆蓋件,向整個主要構建,整個車身上轉移。如果再往下發展可能會在一些動部件,像傳動軸、輪轂,改裝車上用的很多,但是現在批生產,也面臨生產裝備和成本這塊的挑戰。
其中,中航復材一直做這方面的設計和開發,剛才提到的覆蓋件,車身成立結構,還有傳動軸,輪轂這塊也都在跟我們不同的主機廠進行設計和開發,也試圖在這方面逐漸地走向產業化。
任何一個產業沒有產業鏈完整的配套,很難快速增長
要實現一種材料的批量化生產,整個工業的配套包括上游的材料、成型、加工設備都要配套。相當于有傳統鋼的生產線過渡到鋁車身的生產線,整個裝備都要做很大的調整。除了技術原因以外,可能還有投資上的問題,所以這塊可能需要進一步地去降低成本的話,除了做技術方面的工作以外,可能還要整個的工業配套。汽車是靠產業鏈生存的,這個產業鏈所有的技術突破和投資都和這個車緊密相關,所以說鋁車身很難現在大量地用,跟這個產業鏈配套不是很完整,也是緊密相關的。同樣對復合材料的車身也一樣,主要還是產業鏈配套的問題。
多材料混雜結構,對工藝創新提供了非常好的機會。像鋼板和復合材料復合結構,現在有很多自動鋪帶或者鋪絲的方法,在模具里沖壓成型。而且像航空上用的大概是在一、兩個小時才能鋪化,現在兩到五分鐘就可以鋪化,這就給混合結構的材料體系提供了一個快速成型、適合車上應用的材料工藝方法。快速鋪化預浸料和沖壓形成了一體化的結構,這個是金屬和復合材料混雜的方法。還有一類是屬于工程塑料或者是長纖維增強的非連接纖維的復合材料和連續纖維復合材料成型的這種混合結構。
目前碳纖維產能已經足夠來10年需求量將在10萬噸以內
從發展的路程看,復合材料的量一定會大幅度上升,但任何一種材料不可能獨霸天下。飛機用到現在,復合材料最大用到了50%,鋁合金、鋼一樣在里頭發揮它的作用。但是五到十年之內,一定會有增加。但一定程度上,完全替代不太現實。因為當年在飛機考慮復材應用的時候,同樣和汽車現在思考的問題是一模一樣,這個問題在二、三十年前飛機行業討論得非常激烈,一定會增加量,但絕不會替代。
產能的擴大取決于這個行業帶動力有多少。從國內碳纖維總體產能之和,統計下來大家報的產能大概在6到7萬噸。現在全球2015年碳纖維消耗量就是6到7萬噸。也就是說,中國現在碳纖維的產能都發揮出來夠全世界用了。碳纖維產能遠遠大于汽車行業的需求,汽車近幾年不會有帶動超過7萬噸。
至于未來,李宏遠認為十年之內,車上碳纖維的需求量應該在10萬噸以內,汽車行業不會給大家太多的驚喜。國內現在航空航天用的碳纖維實際上大部分都來自于一家,因為這個驗證周期非常長。從民用領域的角度來講,兩個標準:性能滿足要求,成本可接受。那么現在這個產能應該很多家存在問題。因為大家投的是小絲數,用的工藝方法是綁絲,速度不可能大幅度提高的,在國內僅有三家以內采用干噴濕紡。從汽車這塊低成本和應用這塊,大家投的技術路線和方法也存在很多問題。
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