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干货丨汽车用碳纤维复材的反思
中国玻璃纤维复合材料信息网 (cnbxfc.net) 发布日期: 2018-09-05  阅读: 1464  字体:  双击鼠标滚屏
   碳纤维复合材料优点不用多说,大家对碳纤维复合材料一直寄予厚望,尤其是碳纤维复材在航空航天领域获得巨大成功,人们逐渐对碳纤维在工业领域的应用充满信心。这几年快速发展的汽车轻量化的应用,是关注的焦点,人们期望在汽车,尤其是新能源汽车上大范围应用复合材料,希望以塑代钢,来达到减轻汽车总重量的目的,最终目标则是节能减排。另外还有轨道交通,包括高铁、地铁以及即将面世的磁悬浮列车,也是碳纤维复合材料潜在的巨大市场。
  航空航天领域的巨大成功给了我们很多借鉴,于是目前主流观点是在工业领域也需沿用航空航天领域应用的路线图,即从非承力力部件到次承力部件再到主承力部件,逐步扩展。可是推了这么多年,汽车轻量化的应用并没有达到我们的预期,反而宝马公司逐渐退出了i3和i8车型中使用碳纤维的战略。
  这一结果让我们大失所望,事情逐渐脱离了我们预想的轨道。包括我本人之前在中车做轨道交通轻量化,内部开会发展思路也是按照航空航天走过的路线来实施,从非承力部件到次承力部件再到主承力部件逐步应用复材。突然有一天跟一个车厂技术负责人聊碳纤维复合材料在汽车轻量化里面的应用,当我谈减重效果的时候,他在谈成本谈批量化生产,我逐渐意识到我们之间的思路差别是如此之大,我给他算的经济账他并不认可。
  于是,我想我们的碳纤维在工业领域应用的路线图是不是找错了参考点。从非承力部件到次承力部件再到主承力部件这样一个发展路线,适用于航空航天领域,但并不适用于工业领域。
  首先,航空航天领域属于半军工性质,它对部件的成本考量不是主要的因素,安全性、可靠性才是它考量的第一要素。所以在航空航天领域,碳纤维复材首先要从安全性要求并不是太高的非承力部件切入,积累了大量工程经验以后,才开始逐渐扩展到次承力部件,最后应用在结构主框架上。
  但是对于汽车和轨道交通而言,对成本的控制相对来说比较敏感,换句话说就是更关注性价比。汽车领域经历了一百多年的发展,车厂对成本的控制已经形成了固定的思维,就是向效率要效益。一款车型的开发,需要大量供应商协同配合,在生产效率上追求极致。但是复合材料生产工艺无法满足高效率的生产,即使最近几年发展迅猛的HP-RTM工艺,将部件生产节拍提高到4分钟一个件,也远远达不到要求。
  其次,就减重效果来讲,航空航天减重1公斤所获得的效益,远远大于汽车和轨道交通,所以航空航天领域在非承力部件中减重与在主承力部件中减重没有什么明显的区别。而对于汽车和轨道交通而言,若非可以实现大规模减重,减重很少的量没有什么吸引力,更没有什么大的效益,所以性价比不是很高。
  所以,对于碳纤维复合材料在工业领域中的应用,是不是最佳的切入点应是主承力部件?尤其是那些靠重量堆积出来强度的部件?碳纤维复合材料不但在密度上低于钢铁材料,而且复合材料可设计性、可以一次成型复杂结构、控制精细化将是非常大的优势。根据主承力部件所承受的载荷,有目的的设计该部件在各个方向上的强度和刚度,从而达到性能最高,所用材料最少的目的。
  从这一点来讲,碳纤维复合材料在航空航天领域的应用与汽车和轨道交通领域的侧重点、关注点不同。这就需要生产企业和设计人员,在商业和技术上,转变思路,重新审视应用路线。我们可以借鉴航空航天领域应用的经验与教训,找准碳纤维复材推广到工业领域应用的切入点,达到可接受的性价比,使工业产品更新换代。
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信息来源:SAMPE
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