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余木火:汽车轻量化碳纤维复合材料发展趋势分析
发布:lee_9124   时间:2015/8/11 11:43:28   阅读:5625 
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东华大学研究院副院长余木火
 
碳纤维在车上面的应用大家都知道了,意义就是减重,减油,减排放。实际上还有两个挺重要的事情就是刹车距离简短,美国2012年开始有一个计划,就是65岁以上的驾驶人员以后刹车距离要比较短,第三个很重要的就是吸能,它是金属材料的5到6倍。所以一个很典型的例子,一个赛车撞了以后其他的东西都碎了,里面的驾驶员出来以后继续开,所以可以把大量的能量吸收在汽车上面。
 
轻量化对于中国来说有两个很重要的意义,对于新材料产业来说,对于汽车材料来说不管是新的排放标准,还是电动汽车都是迫切需要轻量化的。更重要的是这个技术有可能成为汽车未来的核心技术。所以我们国家在先非常的重视,工程院在组织一个报告,希望2015年能够尽快的做好这个报告,这个报告是给各个部委的报告和建议清单,同时包括维护,所以他们希望2015年尽快把这个清单写出来。
 
所以,我们四年前国际汽车轻量化联盟,这个联盟是欧美国家材料大企业想要进入中国主机厂,他们就做了这样一个联盟,希望能够进入中国主机厂。所以这个联盟希望以后大家也能够参加这个联盟,我们每年有两次会,开始的只有十几家企业,现在有一百多家企业。这次我快速过一下汽车非常必要,尽快的要能够形成科技技术,那么中国汽车产业的技术就会和国家缩短。所以国际上几乎大的企业都在和碳纤维厂联合开发在汽车上面的应用,所以中国的汽车企业也看到了这个趋势,也在开始做一些工作。这个就是几个例子。
 
这个是世界各个国家都有碳纤维在汽车上面应用的计划,世界上各个公司也都有这个计划,各个公司和碳纤维联合,所以,可以说世界上所有的汽车企业,或者是整车企业,像概念车,几十辆几百辆车的,还有中国一部分企业是做零部件的,这个快速的过一下。现在世界上各个国家几乎都有车型在做。宝马也是有很多车型都用碳纤维的技术,法拉力,兰博基尼,T福特,奔驰,保时捷,标致也有很多车型。还有一部分设计很时尚,很奇特的碳纤维的概念车。这个是奔驰希望做水路两用的概念车。
 
这个车我特别说一下,改变了汽车原来了用大的框架式的结构,这个是很奇特的外观。另外一个是车型车里面,像特斯拉把移动终端作为特点在车上面,还有一个很重要的趋势就是车内空间的生活化,把它作为可以改变,我们现在车不是交通工具,开到哪个地方都希望座下来几个在哪里聊聊,可以换成人物休息的换,这个我觉得碳纤维很容易做的,这个也是有很多公司在朝这个方向发展。
 
从车上面来用,一个是车身,现在有两种结构,一个是底盘,像这个底盘和车身是分离的,还有一种是底盘和车身是一体化的。还有大量的公司在做内饰件和外饰件,这块快一点过。总的来说世界上现在几乎所有的汽车生产公司都有碳纤维车型或者是零件在做,说明碳纤维在汽车上面的应用,我觉得是产业化的前奏。
 
瓶颈,大家都说主要是价格的问题,价格的问题我早上讲过了,实际上原材料的成本一般占的比例是30%,成型的成本占70%,像宝马占89%,所以核心的问题是生产线上面来做的材料而不是用手工一件一件做的。所以这个里面很重要的是复合材料成形技术的重大变革,以及各种技术的综合应用和现代化的结合起来来做汽车的碳纤维复合材料的构件,要满足大批量,大批量首先是基本单元的快速成形。现在热固性的材料固化过程要十分钟一件,这个基本上已经解决了,因为现在有好几个数字都是在5分钟以下就可以完全固化。所以核心的问题是解决固化很快以后产生的热量怎么不产生消气的问题,这样的树脂因为大家都觉得这个事情很难,所以一公斤卖到500,1000块钱,如果500,1000块用在航空天行的地方,所以做这个事情的出发点就是错误的。应该在几十块钱才有必要去开发。第二个是热塑性热,现在是大趋势,但是连接是一个问题,所以日本重点是覆盖件用热塑性做,但是节连是一个问题。
 
成本的问题是宝马I3汽车给我们极大的信心,也说明了通过技术的进步是可以突破成本的问题。同时,我给大家一些信号,就是对于碳纤维还有可以降价的空间,现在全球都在做碳纤维的低价,目标早期提出是10美金,在先5到6美金也是可行的,热塑性日本现在最先进,他们已经建立了生产线,可能跟以前的GMT不一样,重点是热塑性怎么样提高连接性,让做出来的钢板切线要小,我们也做了一个小型的线。很重要的是日本有一个国家计划在做连续纤维和回收的无纺布的纤维,还有和LFT的注塑,包括用LFT注塑的一块成型是很重要的方法。
 
这个是我提出的概念,就是我们用碳纤维肯定是比原来的金属成本贵,从大的社会来说用金属多烧耗油,多排放二氧化碳,碳纤维是比较环保的,所以如果要推动的话要政府买单,企业买单,或者是由客户来选择,这样可以解决量产车上面一部分零件由碳纤维替代金属。发改委很赞同这个想法,就是汽车从概念的角度把钱花在产业的技术推动上面。实际上这个过程相当于汽车在开发的过程中,传统零件,金属件,碳纤维零件同步的做实验,一直到碳纤维零件拿到国家的法规。第二个像宝马一样集中的投入。
 
所以,第一个机会就是零部件作为客户选配件。我呼吁我们汽车OEM厂商不需要花钱,只多了一个测试的钱,评价的钱,把复合材料的零部件和金属零部件一起评价,到最后客户能够接受,法规能够接受,这样我相信可以有一大批作为整车的配件,这样这个产业能够发展起来。第二个就是整车,我们从电动车入手,电动车的车身入手,车手没有碳纤维的话其他就是修修补补了,这个我们也是做一个计划,希望两个车型能够量产,由国家来贴补计划。第三个就是原材料中间体,如果在车上面用的话,需要一大批的企业。第四个就是装备,就是有一大批做复合材料成形,有成套装备的技术。
 
最后讲一下我们东华大学做的事情,东华大学在碳纤维复合材料上面已经有30几年的历史,也有一些基础,在国家重点实验室里面有三个方向。这个中心主要以民用航空复合材料带动高端的复合材料以及碳纤维的更坚,用汽车复合材料带动大规模产业的发展。碳纤维怎么样低成本化,我觉得我们现在的技术和美国实验室做的应该是相当的水平。
 
第二个是我们在开发量产的技术,传动轴是国际上真正在汽车产车上面的应用传动轴产量300万件,中国现在在建一个原产可以10几万件的传动轴,减重非常的明显,原来是9.6公斤,用了这个以后3.6公斤,而且原来是两个集成,用了碳纤维以后只要用一根就可以了,所以大大的节省了空间。第二个就是轮毂,我们现在也在做一个基本原形已经通过,准备做8000套的流水线。宝马现在也在建流水线,我们现在的设备方案算下来3000万,我们希望明年2015年能够量产。首先是改装市场,再跟某一些车型作为选配件,通过选配件我们希望拿到国家的法规,如果没有和车型组合,独立拿法规的话还是挺难的,如果和车型走最后可能会通过。同时我们还在做863的项目,通过底板我们希望能够对车身量产,我们现在做的方案是各种各样的,有金属件,有泡沫,注塑件预埋成型,未来我们希望各种预埋件是注塑厂产生出来的。
 
我们现在也是在做铆接,焊接,包括尺寸精度都是借用航空的经验在做这个事情。热塑性我们有一个用拉体的办法来做板材,用这个板材未来用先预热以后用冷的模具冲压做一个覆盖件出来,里面的核心是复合材料的板空隙率好。同时热塑性我们也在做铺放,所以要实现低成本就要走没有中间体的复合材料,没有中间体的比较成熟的办法就是铺放。所以用这样的办法,如果把铺放机简化到针对某一个零件,几百块就可以买下来,所以我们用铺放和缠绕结合的办法做碳纤维复合材料。
 
最后我们民用航空复合材料协同创新中心里面,我们有一大批功能来作为快速的响应平台,希望做汽车的想做哪个零件到我们这里来一起常量,从到开模具,到设计,我们希望通过这样和汽车企业合作,能够利用快速响应平台把批量的,几十件的零部件拿给汽车厂,然后汽车厂再检测,我们只收成本费,谢谢大家。


来源:东华大学研究院
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